JPH11260723A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents
Semiconductor device and its manufactureInfo
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- JPH11260723A JPH11260723A JP6368298A JP6368298A JPH11260723A JP H11260723 A JPH11260723 A JP H11260723A JP 6368298 A JP6368298 A JP 6368298A JP 6368298 A JP6368298 A JP 6368298A JP H11260723 A JPH11260723 A JP H11260723A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関し、さらに詳しくは、非晶質ケイ素膜を
結晶化した結晶性ケイ素膜を活性領域とする半導体装置
及びその製造方法に関する。特に、本発明は、絶縁性基
板上に設けられたTFT(薄膜トランジスタ)を有する
半導体装置に有効であり、アクティブマトリクス型の液
晶表示装置、密着型イメージセンサー、三次元ICなど
に適用できるものである。The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having a crystalline silicon film obtained by crystallizing an amorphous silicon film as an active region and a method of manufacturing the same. In particular, the present invention is effective for a semiconductor device having a TFT (thin film transistor) provided on an insulating substrate, and can be applied to an active matrix liquid crystal display device, a contact image sensor, a three-dimensional IC, and the like. .
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、大型で高解像度の液晶表示装置、
高速で高解像度の密着型イメージセンサー、三次元IC
などへの実現に向けて、ガラス等の絶縁性基板上や、絶
縁膜上に高性能な半導体素子を形成する試みがなされて
いる。これらの装置に用いられる半導体素子には、薄膜
状のケイ素半導体を用いるのが一般的である。2. Description of the Related Art In recent years, large and high resolution liquid crystal display devices have been developed.
High-speed, high-resolution contact image sensor, 3D IC
In order to realize such a technique, attempts have been made to form a high-performance semiconductor element on an insulating substrate such as glass or on an insulating film. In general, a thin film silicon semiconductor is used for a semiconductor element used in these devices.
【0003】この薄膜状のケイ素半導体は、非晶質ケイ
素半導体(a−Si)からなるものと、結晶性を有する
ケイ素半導体からなるものの2つに大別される。非晶質
ケイ素半導体は作製温度が低く、気相法で比較的容易に
作製することが可能で量産性に富むため、最も一般的に
用いられているが、導電性等の物性が結晶性を有するケ
イ素半導体に比べて劣る。従って、今後より高速特性を
得るためには、結晶性を有するケイ素半導体からなる半
導体装置の作製方法の確立が強く求められている。尚、
結晶性を有するケイ素半導体としては、多結晶ケイ素、
微結晶ケイ素、結晶成分を含む非晶質ケイ素、結晶性と
非晶質の中間の状態を有するセミアモルファスケイ素等
が知られている。[0003] The silicon semiconductor in the form of a thin film is roughly classified into two types: an amorphous silicon semiconductor (a-Si); and a crystalline silicon semiconductor. Amorphous silicon semiconductors are most commonly used because they have a low production temperature, can be relatively easily produced by a gas phase method, and have high mass productivity. Inferior to silicon semiconductors. Therefore, in order to obtain higher-speed characteristics in the future, it is strongly required to establish a method for manufacturing a semiconductor device made of a crystalline silicon semiconductor. still,
As the silicon semiconductor having crystallinity, polycrystalline silicon,
Microcrystalline silicon, amorphous silicon containing a crystalline component, semi-amorphous silicon having an intermediate state between crystalline and amorphous are known.
【0004】これら結晶性を有する薄膜状のケイ素半導
体層を得る方法としては、以下の方法が挙げられる。The following methods can be used to obtain these crystalline silicon semiconductor layers in the form of thin films.
【0005】(1)成膜時に結晶性を有する半導体膜を
直接成膜する。(1) A semiconductor film having crystallinity is directly formed at the time of film formation.
【0006】(2)非晶質の半導体膜を成膜し、その
後、レーザー光のエネルギーにより半導体膜を結晶性を
有するものにする。(2) An amorphous semiconductor film is formed, and then the semiconductor film is made crystalline by the energy of laser light.
【0007】(3)非晶質の半導体膜を成膜し、その
後、熱エネルギーを加えることにより半導体膜を結晶性
を有するものとする。(3) An amorphous semiconductor film is formed, and then the semiconductor film is made crystalline by applying thermal energy.
【0008】しかしながら、上記(1)の方法では、成
膜工程と同時に結晶化が進行するので、大粒径の結晶性
ケイ素を得るにはケイ素膜の厚膜化が不可欠であり、良
好な半導体物性を有する膜を基板上に全面に渡って均一
に成膜することが技術上困難である。さらに、この方法
では成膜温度が600℃以上と高いので、安価なガラス
基板が使用できないというコスト面での問題があった。However, in the above-mentioned method (1), crystallization proceeds simultaneously with the film formation step. Therefore, it is necessary to increase the thickness of the silicon film in order to obtain crystalline silicon having a large grain size. It is technically difficult to uniformly form a film having physical properties over the entire surface of the substrate. Furthermore, in this method, since the film formation temperature is as high as 600 ° C. or more, there is a problem in terms of cost that an inexpensive glass substrate cannot be used.
【0009】また、上記(2)の方法では、溶融固化過
程の結晶化現象を利用するため、小粒径ながら粒界が良
好に処理され、高品質な結晶性ケイ素膜が得られるが、
現在レーザーとして最も一般的に使用されているエキシ
マレーザーを例にとると、レーザー光の照射面積が小さ
くスループットが低いという問題がまず有る。そして、
最大の問題点としては、大面積基板の全面を均一に処理
するにはレーザーの安定性が充分ではないため、均一な
結晶性を有するケイ素膜を得ることが難しく、同一基板
上に均一な特性の半導体素子を複数形成するのが困難で
あるという問題点がある。In the above method (2), the crystallization phenomenon in the melt-solidification process is utilized, so that the grain boundaries are favorably processed while having a small grain size, and a high-quality crystalline silicon film is obtained.
Taking an excimer laser, which is currently most commonly used as a laser, as an example, the first problem is that the laser light irradiation area is small and the throughput is low. And
The biggest problem is that it is difficult to obtain a silicon film with uniform crystallinity because the stability of the laser is not enough to process the entire surface of a large-area substrate uniformly. However, it is difficult to form a plurality of semiconductor elements.
【0010】さらに、上記(3)の方法は、(1)、
(2)の方法と比較すると大面積に対応できるという利
点はあるが、結晶化に際して600℃以上の高温にて数
十時間にわたる加熱処理が必要である。一方、安価なガ
ラス基板の使用とスループットの向上を考えると、加熱
温度を下げ、さらに短時間で結晶化させなければならな
い。このように、(3)の方法では、相反する問題点を
同時に解決する必要がある。Further, the method of (3) includes the steps of (1)
Compared to the method (2), there is an advantage that a large area can be dealt with, but a heat treatment at a high temperature of 600 ° C. or more for several tens of hours is required for crystallization. On the other hand, considering the use of an inexpensive glass substrate and the improvement of throughput, it is necessary to lower the heating temperature and crystallize in a shorter time. Thus, in the method (3), it is necessary to simultaneously solve conflicting problems.
【0011】また、(3)の方法では、固相結晶化現象
を利用するため、結晶粒は基板面に平行に拡がり数μm
の粒径を持つものさえ現れるが、成長した結晶粒同士が
ぶつかり合って粒界が形成されるため、その粒界がキャ
リアに対するトラップ準位として働いてTFTの移動度
を低下させる大きな原因となってしまう。In the method (3), since the solid phase crystallization phenomenon is used, the crystal grains spread in parallel to the substrate surface and have a size of several μm.
However, since the grown crystal grains collide with each other to form a grain boundary, the grain boundary acts as a trap level for carriers and is a major cause of lowering the mobility of the TFT. Would.
【0012】そこで、上記(3)の方法を利用して、よ
り低温かつ短時間の加熱処理により高品質で均一な結晶
性を有するケイ素膜を作製する方法が、特開平7−29
7125号公報及び特開平8−148426号公報で提
案されている。Therefore, a method of producing a silicon film having high quality and uniform crystallinity by a lower temperature and shorter time heat treatment utilizing the above method (3) is disclosed in JP-A-7-29.
7125 and JP-A-8-148426.
【0013】これらの公報によれば、非晶質ケイ素膜の
表面にニッケル等の金属元素を微量に導入させ、しかる
後に加熱することで、600℃以下の低温において、数
時間程度の処理時間で結晶化を行っている。このメカニ
ズムは、まず金属元素を核とした結晶核発生が加熱処理
の早期に起こり、その後、その金属元素が触媒となって
結晶成長を促して結晶化が急激に進行すると理解され
る。そういう意味で、以後、これらの金属元素を触媒元
素と称する。これらの触媒元素により結晶化が助長され
て結晶成長した結晶性ケイ素膜は、通常の固相成長法で
非晶質ケイ素膜を結晶化した結晶性ケイ素膜が双晶構造
であるのに対して、何本もの柱状結晶で構成されてお
り、それぞれの柱状結晶内部は理想的な単結晶状態とな
っている。According to these publications, by introducing a trace amount of a metal element such as nickel onto the surface of an amorphous silicon film and then heating it, at a low temperature of 600 ° C. or less, a treatment time of about several hours is required. Crystallized. It is understood that this mechanism is such that crystal nucleus generation with a metal element as a nucleus occurs at an early stage of the heat treatment, and then the metal element serves as a catalyst to promote crystal growth to rapidly progress crystallization. In this sense, these metal elements are hereinafter referred to as catalyst elements. The crystalline silicon film grown by the crystallization promoted by these catalytic elements has a twin structure, whereas a crystalline silicon film obtained by crystallizing an amorphous silicon film by a normal solid-phase growth method has a twin structure. Each of the columnar crystals is in an ideal single crystal state.
【0014】さらに、これらの公報によれば、このよう
な触媒元素を非晶質ケイ素膜の一部に選択的に導入して
加熱処理することにより、触媒元素が導入されていない
部分を非晶質ケイ素膜の状態として残したまま、触媒元
素が導入された領域のみを選択的に結晶化している。そ
して、さらに加熱処理時間を延長することにより、触媒
元素が選択的に導入された領域から横方向、つまり基板
表面に対して概ね平行な方向に結晶成長を行っている。Further, according to these publications, by selectively introducing such a catalytic element into a part of the amorphous silicon film and performing heat treatment, a part where the catalytic element is not introduced becomes amorphous. Only the region into which the catalytic element has been introduced is selectively crystallized while remaining in the state of the porous silicon film. By further extending the heat treatment time, the crystal is grown in a lateral direction from the region where the catalytic element is selectively introduced, that is, in a direction substantially parallel to the substrate surface.
【0015】この横方向結晶成長領域の内部では、成長
方向がほぼ一方向に揃った柱状結晶がひしめき合ってお
り、触媒元素が直接導入されてランダムに結晶核の発生
が起こった領域に比べて、結晶性が良好な領域となって
いる。そして、その良好な結晶性を有する横方向結晶成
長領域のケイ素膜を活性領域として高性能な半導体素子
を作製している。In this lateral crystal growth region, columnar crystals whose growth directions are almost aligned in one direction are squeezed, and compared with a region where a catalyst element is directly introduced and crystal nuclei are generated randomly. The region has good crystallinity. Then, a high-performance semiconductor device is manufactured using the silicon film in the lateral crystal growth region having good crystallinity as an active region.
【0016】尚、特開平7−297125号公報では、
上記横方向結晶成長領域のケイ素膜において、成長方向
が一方向に揃った高品質な部分を用いて半導体素子の活
性領域を形成するため、触媒元素の導入領域のサイズや
活性領域と導入領域との間の距離を限定している。ま
た、特開平8−148426号公報では、触媒元素の導
入領域を線状領域として、その線幅により導入される触
媒元素の量を制御している。In Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-297125,
In the silicon film in the lateral crystal growth region, the active region of the semiconductor element is formed by using a high-quality portion in which the growth direction is aligned in one direction. The distance between is limited. Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-148426, the introduction region of the catalyst element is defined as a linear region, and the amount of the introduced catalyst element is controlled by the line width.
【0017】[0017]
【発明が解決しようとする課題】上述の特開平7−29
7125号公報及び特開平8−148426号公報で提
案されている技術は、高性能な半導体装置を簡便かつ高
スループットな製造工程により得ることができる非常に
有効な技術である。しかしながら、これらの技術には未
だ2つの大きな問題点が残されている。The above-mentioned JP-A-7-29
The technology proposed in JP-A-7125 and JP-A-8-148426 is a very effective technology that enables a high-performance semiconductor device to be obtained by a simple and high-throughput manufacturing process. However, these techniques still have two major problems.
【0018】(1)まず、第1の問題点としては、触媒
元素が半導体素子に及ぼす作用である。当然のこととし
て、上述したような触媒元素が半導体中に多量に存在し
ていることは、その半導体を用いた装置の信頼性や電気
的安定性を阻害するものであり、望ましいことではな
い。即ち、上記結晶化を助長する触媒元素は、非晶質ケ
イ素を結晶化させる際には必要であるが、結晶化したケ
イ素中には極力含まれないようにすることが望ましい。(1) First, the first problem is the effect of the catalytic element on the semiconductor element. Naturally, the presence of a large amount of the above-mentioned catalyst element in a semiconductor impairs the reliability and electrical stability of a device using the semiconductor, and is not desirable. In other words, the catalyst element that promotes crystallization is necessary when crystallizing amorphous silicon, but it is desirable that the crystallized silicon be contained as little as possible.
【0019】この目的を達成するために、従来、2つの
方法が用いられている。Conventionally, two methods have been used to achieve this object.
【0020】第1の方法は、触媒元素として結晶性ケイ
素中で不活性な傾向が強いものを選ぶと共に、結晶化に
必要な触媒元素の量を極力少なくして最低限の量で結晶
化を行うことである。しかし、実際には、極微量の低濃
度制御は非常に難しい。In the first method, a catalyst element having a strong tendency to be inactive in crystalline silicon is selected as a catalyst element, and the amount of the catalyst element required for crystallization is minimized to minimize crystallization. Is to do. However, in practice, it is very difficult to control a very small amount of a low concentration.
【0021】第2の方法は、上記特開平7−29712
5号公報及び特開平8−148426号公報で提案され
ている触媒元素の選択的導入方法であり、即ち、横方向
結晶成長領域の利用である。横方向結晶成長領域は上述
のように成長方向が一方向に揃っており、より良好な結
晶状態となっている。さらに、このときに結晶化に寄与
する触媒元素は柱状結晶の先端、つまり結晶成長の先端
部に存在している。従って、理論上は触媒元素は結晶化
が行われる結晶成長先端部のみに存在し、既に結晶化さ
れた横方向結晶成長領域には存在しないことになる。よ
って、横方向に結晶成長した結晶性ケイ素膜中の触媒元
素濃度は、限りなく0に近くなるはずである。実際に
は、横方向結晶成長領域の触媒元素濃度は、触媒元素が
直接導入されて結晶化した領域に比べて約1桁程度は小
さい値であり、充分にメリットがあるのは確かである。
しかし、触媒元素の一部は横方向結晶成長途中に確実に
残留してしまっている。従って、このような横方向結晶
成長領域を用いて複数の薄膜トランジスタの活性領域を
作製すると、殆どの素子は良好な特性を示すが、一部の
素子では特にオフ時のリーク電流が増大するという傾向
が見られる。このような不良素子の原因解析を行ったと
ころ、活性領域中のチャネル領域とドレイン領域との接
合部において触媒元素の偏在が見られ、横方向結晶成長
途中の残留触媒元素の影響であることが判明した。The second method is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-29712.
No. 5, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-148426 discloses a method for selectively introducing a catalytic element, that is, use of a lateral crystal growth region. As described above, the lateral crystal growth region has a uniform growth direction in one direction, and is in a more favorable crystal state. Further, at this time, the catalyst element contributing to the crystallization exists at the tip of the columnar crystal, that is, at the tip of the crystal growth. Therefore, theoretically, the catalyst element exists only at the crystal growth tip where crystallization is performed, and does not exist in the already crystallized lateral crystal growth region. Therefore, the concentration of the catalytic element in the crystalline silicon film grown in the lateral direction should be close to zero. Actually, the catalytic element concentration in the lateral crystal growth region is about one digit smaller than that in the region where the catalytic element is directly introduced and crystallized, and it is certain that there is a sufficient merit.
However, a part of the catalyst element is surely left during the lateral crystal growth. Therefore, when an active region of a plurality of thin film transistors is formed using such a lateral crystal growth region, most of the devices show good characteristics, but in some devices, the leakage current particularly when turned off tends to increase. Can be seen. An analysis of the cause of such a defective element revealed that the catalytic element was unevenly distributed at the junction between the channel region and the drain region in the active region, and that the effect was due to the residual catalytic element during the lateral crystal growth. found.
【0022】(2)次に、第2の問題点としては、横方
向結晶成長時における結晶成長の不安定性である。横方
向結晶成長は微妙な触媒元素の濃度に左右され、触媒元
素が少しでも少ないと充分な結晶成長が起こらず、加熱
時間を延長してもそれ以上の結晶成長が生じない。従っ
て、このような成長不良領域は、非晶質ケイ素膜そのも
のの自発的な核発生により結晶成長したケイ素膜に埋め
尽くされるか、又は触媒元素による横方向成長成分と自
発的核発生による結晶成分との混成状態になってしま
う。このような成長不良領域を用いて作製された半導体
素子は、触媒元素による良好な横方向成長領域を用いて
作製された半導体素子との特性差が大きいため、基板全
面にわたって均一な高性能素子を得ることはとてもでき
ない。また、このような成長不良時は問題外であるとし
ても、光学顕微鏡で観察するレベルでは横方向成長が行
われている領域でも、導入される触媒元素の濃度や状態
の差異によって横方向成長領域内でのケイ素膜の結晶性
が微妙に異なり、半導体素子の特性差やばらつき等が生
じる原因となっている。(2) The second problem is the instability of crystal growth during lateral crystal growth. The lateral crystal growth depends on the delicate concentration of the catalytic element. If the amount of the catalytic element is small, sufficient crystal growth does not occur, and even if the heating time is extended, no further crystal growth occurs. Therefore, such a poor growth region is filled with the silicon film grown by the spontaneous nucleation of the amorphous silicon film itself, or the lateral growth component by the catalytic element and the crystal component by the spontaneous nucleation. And a hybrid state. Since a semiconductor device manufactured using such a poor growth region has a large difference in characteristics from a semiconductor device manufactured using a good lateral growth region using a catalytic element, a uniform high-performance device over the entire substrate is required. I can't really get it. In addition, even if such a growth failure is out of the problem, even in a region where the lateral growth is performed at the level observed with an optical microscope, the lateral growth region may be different due to the difference in the concentration or state of the introduced catalytic element. The crystallinity of the silicon film in the semiconductor device is slightly different, which causes a characteristic difference and a variation of the semiconductor element.
【0023】上記特開平7−297125号公報及び特
開平8−148426号公報で提案されている技術は、
これらの問題点を解決するためのものであり、その有効
性は確実にある。しかし、これらの技術のみでは未だ不
十分であり、より高度な技術改革が必要とされていた。The techniques proposed in the above-mentioned JP-A-7-297125 and JP-A-8-148426 are as follows.
It is intended to solve these problems, and its effectiveness is certain. However, these technologies alone were not enough, and more advanced technological reforms were needed.
【0024】本発明はこのような従来技術の課題を解決
すべくなされたものであり、従来よりも簡便な方法によ
り触媒元素の低濃度制御を行い、選択導入領域の触媒元
素を効率よく横方向結晶成長に利用し、活性領域中の残
留触媒元素濃度を低減し、さらに活性領域を構成するケ
イ素膜の結晶性を安定化させて、高性能な半導体装置及
び歩留りの高い安定した半導体装置の製造方法を提供す
ることを目的とする。The present invention has been made in order to solve such problems of the prior art, and performs a low concentration control of the catalyst element by a simpler method than in the prior art to efficiently remove the catalyst element in the selective introduction region in the lateral direction. Utilizing for crystal growth, reducing the concentration of residual catalytic elements in the active region, stabilizing the crystallinity of the silicon film constituting the active region, and manufacturing high-performance semiconductor devices and stable semiconductor devices with high yield The aim is to provide a method.
【0025】[0025]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、触媒元素
を選択導入し、導入部から横方向結晶成長させたケイ素
膜の高い結晶性に着目し、これを利用した高性能な薄膜
半導体装置を均一に安定して製造すべく鋭意研究を行っ
た。その結果、触媒元素の性質に関する知見を得て本発
明を完成するに至った。Means for Solving the Problems The present inventors focused on the high crystallinity of a silicon film which was selectively introduced with a catalytic element, and was laterally crystal-grown from the introduction part, and utilized this to provide a high performance thin film semiconductor. We worked diligently to manufacture the equipment uniformly and stably. As a result, knowledge on the properties of the catalytic elements was obtained, and the present invention was completed.
【0026】本発明の半導体装置は、絶縁性表面を有す
る基板上に結晶性を有するケイ素膜からなる活性領域が
設けられた半導体装置であって、該活性領域は、非晶質
ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を、所定の間隔W
Sを設けて概ね平行に並んだ複数の線状領域に選択的に
導入し、加熱処理により導入領域からその周辺領域へ基
板表面に対して概ね平行な方向に結晶成長させたもので
あって、かつ、隣接する2本の線状領域間に形成された
ものであり、そのことにより上記目的が達成される。The semiconductor device of the present invention is a semiconductor device in which an active region made of a crystalline silicon film is provided on a substrate having an insulating surface, and the active region is made of a crystalline silicon film. The catalytic element that promotes the
S is provided and selectively introduced into a plurality of linear regions arranged substantially in parallel, and a crystal is grown in a direction substantially parallel to the substrate surface from the introduction region to a peripheral region by a heat treatment, Moreover, it is formed between two adjacent linear regions, thereby achieving the above object.
【0027】前記線状領域間の間隔WSが、単独の線状
領域に前記触媒元素を導入して導入領域からその周辺領
域へ基板表面に対して概ね平行な方向にケイ素膜を結晶
成長させた場合よりも大きな結晶成長速度が得られる範
囲に設定されているのが望ましい。The distance W S between the linear regions is such that the catalyst element is introduced into a single linear region, and a silicon film is grown from the introduction region to the peripheral region in a direction substantially parallel to the substrate surface. It is desirable to set the range so that a higher crystal growth rate can be obtained.
【0028】前記線状領域間の間隔WSが300μm以
下に設定されているのが望ましい。[0028] The distance W S between the linear region is set to 300μm or less.
【0029】前記線状領域の線幅WLと該線状領域間の
間隔WSとにより前記活性領域中の触媒元素濃度が制御
されているのが望ましい。[0029] The catalytic element concentration in the active region by a distance W S between the line width W L and the linear region of the linear region is controlled desirably.
【0030】前記線状領域の線幅WLと該線状領域間の
間隔WSとにより前記活性領域を構成するケイ素膜の結
晶性が制御されているのが望ましい。[0030] The crystallinity of the silicon film constituting the active region by a distance W S between the line width W L and the linear region of the linear region is controlled desirably.
【0031】前記線状領域の線幅WLと該線状領域間の
間隔WSとの比WS/WLが2.5以上40以下であるの
が望ましい。[0031] It is desirable the ratio W S / W L between the distance W S between the line width W L and the linear region of the linear region is 2.5 or more and 40 or less.
【0032】前記線状領域の長辺方向の長さが、該線状
領域からその周辺領域へケイ素膜が結晶成長する際に、
該ケイ素膜の成長先端部が該線状領域の長辺方向と概ね
平行となる部分が存在する範囲に設定されており、前記
活性領域が、該ケイ素膜の成長先端部と該線状領域の長
辺方向とが概ね平行となる部分内に形成されているのが
望ましい。The length of the linear region in the long side direction is such that when the silicon film grows from the linear region to the peripheral region,
The growth tip of the silicon film is set in a range where a portion substantially parallel to the long side direction of the linear region exists, and the active region is formed between the growth tip of the silicon film and the linear region. It is preferable that the long side direction is formed in a portion substantially parallel to the long side direction.
【0033】前記線状領域の長辺方向の長さが150μ
m以上に設定されているのが望ましい。The length of the linear region in the long side direction is 150 μm.
It is desirable to set it to m or more.
【0034】前記活性領域中の触媒元素濃度が1×10
17atoms/cm3以下に制御されているのが望まし
い。The concentration of the catalytic element in the active region is 1 × 10
It is desirable that the concentration be controlled to 17 atoms / cm 3 or less.
【0035】本発明の半導体装置の製造方法は、基板上
に非晶質ケイ素膜を形成する工程と、該非晶質ケイ素膜
の形成前またはその形成後に、該非晶質ケイ素膜の結晶
化を助長する触媒元素を、所定の間隔WSを開けて概ね
平行に並んだ複数の線状領域に選択的に導入する工程
と、加熱処理により該触媒元素が導入された線状領域の
非晶質ケイ素膜を選択的に結晶化させる工程と、加熱処
理をさらに継続して、該非晶質ケイ素膜が選択的に結晶
化された領域からその周辺領域へと基板表面に対して概
ね平行な方向に結晶成長させる工程と、該基板表面に対
して概ね平行な方向に結晶成長させた結晶性ケイ素膜で
あって、かつ、隣接する2本の線状領域間に挟まれた部
分を用いて半導体素子となる活性領域を形成する工程と
を含み、そのことにより上記目的が達成される。According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, there is provided a step of forming an amorphous silicon film on a substrate, and promoting crystallization of the amorphous silicon film before or after the formation of the amorphous silicon film. the catalytic element, a step of selectively introducing a plurality of linear regions arranged generally parallel with a predetermined distance W S, amorphous silicon linear region in which the catalytic element has been introduced by heat treatment The step of selectively crystallizing the film and the heat treatment are further continued, and the amorphous silicon film is crystallized in a direction substantially parallel to the substrate surface from the selectively crystallized region to its peripheral region. A growing step, a crystalline silicon film grown in a direction substantially parallel to the substrate surface, and a semiconductor element using a portion sandwiched between two adjacent linear regions. Forming an active region comprising: Ri the above-mentioned object can be achieved.
【0036】前記線状領域に前記触媒元素を選択的に導
入する工程において、前記線状領域の線幅WLと該線状
領域間の間隔WSとを予め設定しておくことにより、前
記活性領域中の触媒元素濃度を制御するのが望ましい。[0036] In the step of selectively introducing the catalyst element in the linear region, by previously setting the intervals W S between the line width W L and the linear region of the linear region, the It is desirable to control the concentration of the catalytic element in the active region.
【0037】前記線状領域に前記触媒元素を選択的に導
入する工程において、前記線状領域の線幅WLと該線状
領域間の間隔WSとを予め設定しておくことにより、前
記活性領域を構成するケイ素膜の結晶性を制御するのが
望ましい。[0037] In the step of selectively introducing the catalyst element in the linear region, by previously setting the intervals W S between the line width W L and the linear region of the linear region, the It is desirable to control the crystallinity of the silicon film constituting the active region.
【0038】前記基板上に非晶質ケイ素膜を形成する工
程の後、該非晶質ケイ素膜上に所定の間隔WSを開けて
概ね平行に並んだ複数の線状開口部を有するマスク膜を
設け、該マスク膜の上から前記触媒元素を導入すること
により該非晶質ケイ素膜に触媒元素を選択的に導入する
工程を行い、該マスク膜を除去した後で該触媒元素が導
入された線状領域からその周辺領域へと基板表面に対し
て概ね平行な方向に結晶成長させる工程を行うのが望ま
しい。[0038] After the step of forming an amorphous silicon film on the substrate, a mask film having a plurality of linear openings aligned generally parallel with a predetermined distance W S on amorphous silicon film Providing a step of selectively introducing a catalytic element into the amorphous silicon film by introducing the catalytic element from above the mask film, and removing the mask film to form a line into which the catalytic element has been introduced. It is desirable to perform a step of growing crystals in a direction substantially parallel to the substrate surface from the shape region to the peripheral region.
【0039】前記触媒元素が導入された線状領域からそ
の周辺領域へと基板表面に対して概ね平行な方向に結晶
成長させる工程を行った後で、結晶化されたケイ素膜に
エネルギービームを照射して該ケイ素膜の結晶性をさら
に助長する工程を含んでいるのが望ましい。After performing the step of growing crystals in a direction substantially parallel to the substrate surface from the linear region into which the catalytic element has been introduced to the peripheral region, the crystallized silicon film is irradiated with an energy beam. Preferably, the method further includes a step of further promoting the crystallinity of the silicon film.
【0040】前記基板表面に対して概ね平行な方向に結
晶成長させた結晶性ケイ素膜であって、かつ、隣接する
2本の線状領域間に挟まれた部分を用いて半導体素子と
なる活性領域を形成する工程を行った後で、前記エネル
ギービームを照射して該ケイ素膜の結晶性をさらに助長
する工程を行うのが望ましい。A crystalline silicon film grown in a direction substantially parallel to the substrate surface and using a portion sandwiched between two adjacent linear regions to form an active element for forming a semiconductor element. After performing the step of forming the region, it is desirable to perform a step of irradiating the energy beam to further promote the crystallinity of the silicon film.
【0041】以下、本発明の作用について説明する。Hereinafter, the operation of the present invention will be described.
【0042】本発明にあっては、所定の間隔WSを開け
て概ね平行に並んだ複数の線状領域に、非晶質ケイ素膜
の結晶化を助長する触媒元素を導入し、加熱処理により
導入領域からその周辺領域へ基板表面に対して概ね平行
な方向(横方向)に結晶成長させて、隣接する2本の線
状領域間に形成された横方向結晶成長部分を利用して活
性領域を形成する。後述の図1に示すように、この部分
では横方向結晶成長を安定させて結晶性を良好にするこ
とができるので、高性能な半導体装置を高い良品率で得
ることができる。[0042] In the present invention, the plurality of linear regions arranged generally parallel with a predetermined distance W S, introduced a catalytic element which promotes crystallization of the amorphous silicon film by heat treatment Crystal growth from the introduction region to its peripheral region in a direction substantially parallel to the substrate surface (lateral direction), and utilizing the lateral crystal growth portion formed between two adjacent linear regions, the active region To form As shown in FIG. 1, which will be described later, in this portion, the crystal growth can be stabilized and the crystallinity can be improved, so that a high-performance semiconductor device can be obtained at a high yield.
【0043】本発明にあっては、上記線状領域間の間隔
WSを小さくして、単独の線状領域に触媒元素を導入し
て導入領域からその周辺領域へ横方向にケイ素膜を結晶
成長させた場合よりも大きな結晶成長速度が得られる範
囲に設定するのが望ましい。これにより、後述の図1に
示すように、隣接する2本の触媒元素導入領域間に挟ま
れた横方向結晶成長部分において安定した成長状態が得
られ、単独の導入領域から横方向に結晶成長したケイ素
膜よりも高い結晶性を得ることができる。特に、後述の
図2に示すように、上記線状領域間の間隔WSを300
μm以下に設定するのが望ましい。[0043] In the present invention, to reduce the spacing W S between the linear region, the crystalline silicon film in the transverse direction by introducing a catalytic element into the linear region of the sole from the introduction region to the peripheral region thereof It is desirable to set the range so that a larger crystal growth rate can be obtained than in the case where the crystal is grown. As a result, as shown in FIG. 1 to be described later, a stable growth state is obtained in a lateral crystal growth portion sandwiched between two adjacent catalyst element introduction regions, and crystal growth in the lateral direction from a single introduction region. Crystallinity higher than that of the silicon film formed. In particular, as shown in FIG. 2 described later, the interval W S between the linear region 300
It is desirable to set it to μm or less.
【0044】本発明にあっては、隣接する2本の触媒元
素導入領域間に挟まれた横方向結晶成長領域(活性領
域)の触媒元素濃度は線状領域の線幅WL及び線状領域
間の間隔WSに依存する。よって、線状領域の線幅WLと
線状領域間の間隔WSとを制御するのが望ましく、これ
により活性領域中の触媒元素濃度を制御して結晶成長及
び素子特性に対して最適な値にすることができる。[0044] In the present invention, the catalytic element concentration in the line width W L and the linear region of the linear region of the two adjacent catalyst elements introduction region between lateral crystal growth region between the (active region) It depends on the interval W S between them. Therefore, it is desirable to control the spacing W S between the line width W L and the linear region of the linear areas, optimal with respect to the crystal growth and device characteristics thereby to control the concentration of the catalytic element in the active region Can be a value.
【0045】また、本発明にあっては、隣接する2本の
触媒元素導入領域間に挟まれた横方向結晶成長領域(活
性領域)の結晶性は線状領域の線幅WL及び線状領域間
の間隔WSに依存する。よって、線状領域の線幅WLと線
状領域間の間隔WSとを制御するのが望ましく、これに
より活性領域の結晶性を制御して結晶成長の安定性及び
結晶性をさらに向上させることができる。特に、後述の
図3及び図4に示すように、線状領域の線幅WLと線状
領域間の間隔WSとの比WS/WLを2.5以上40以下
にするのが望ましい。Further, in the present invention, two adjacent catalytic element introduction region lateral crystal growth region sandwiched between the (active region) of the crystalline line width W L and the linear linear region It depends on the spacing W S between the regions. Therefore, it is desirable to control the spacing W S between the line width W L and the linear region of the linear region, further enhancing the stability and crystallinity of the crystal growth thereby to control the crystallinity of the active region be able to. In particular, as shown in FIGS. 3 and 4 below, that the ratio W S / W L between the distance W S between the line width W L and the linear region of the linear region to 2.5 or more and 40 or less desirable.
【0046】本発明にあっては、後述の図5に示すよう
に、線状領域の長辺方向の長さが短い場合には充分な一
次元的結晶成長が得られずに結晶性が劣ったり、過剰の
触媒元素の導入が必要となって半導体素子の信頼性に悪
影響を及ぼすことがある。よって、線状領域の長辺方向
の長さを長くして、線状領域からその周辺領域へケイ素
膜が結晶成長する際に、ケイ素膜の成長先端部がその線
状領域の長辺方向と概ね平行となる部分が存在する範囲
に設定するのが望ましい。これにより、その部分では横
方向の結晶成長が一次元的に行われるので、微量の触媒
元素量で充分な結晶化が行える。そして、この部分内の
横方向結晶成長領域を利用して活性領域を形成すること
により、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
特に、触媒元素が導入される線状領域の長辺方向の長さ
は、150μm以上に設定するのが望ましい。In the present invention, as shown in FIG. 5 described later, when the length of the linear region in the long side direction is short, sufficient one-dimensional crystal growth cannot be obtained and the crystallinity is poor. Or the introduction of an excessive amount of a catalytic element may adversely affect the reliability of the semiconductor device. Therefore, by increasing the length of the linear region in the long side direction, when the silicon film grows from the linear region to the peripheral region, the growth tip of the silicon film is aligned with the long side direction of the linear region. It is desirable to set the range in which a substantially parallel portion exists. As a result, the crystal growth in the lateral direction is performed one-dimensionally in that portion, so that sufficient crystallization can be performed with a trace amount of the catalyst element. Then, by forming an active region using the lateral crystal growth region in this portion, a highly reliable semiconductor device can be obtained.
In particular, the length in the long side direction of the linear region into which the catalyst element is introduced is desirably set to 150 μm or more.
【0047】本発明にあっては、活性領域中の触媒元素
濃度が低いほど望ましいが、本発明者らの実験によれば
TFT素子において活性領域中の触媒元素濃度が1×1
017atoms/cm3以下であれば信頼性の観点から
製品として耐久性のある半導体装置が得られることが確
認されている。よって、活性領域中の触媒元素濃度は1
×1017atoms/cm3以下に制御するのが望まし
い。In the present invention, it is desirable that the concentration of the catalytic element in the active region be as low as possible. However, according to experiments by the present inventors, the concentration of the catalytic element in the active region of the TFT element is 1 × 1.
It has been confirmed that a semiconductor device having a durability of less than 0 17 atoms / cm 3 can be obtained as a product from the viewpoint of reliability. Therefore, the concentration of the catalyst element in the active region is 1
× 10 17 atoms / cm 3 is preferably controlled as follows.
【0048】本発明の半導体装置の製造方法にあって
は、基板上に非晶質ケイ素膜を形成する工程の前又は後
で、非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を、所
定の間隔を開けて概ね平行に並んだ複数の線状領域に選
択的に導入し、加熱処理を行って触媒元素が導入された
線状領域の非晶質ケイ素膜を選択的に結晶化させ、さら
に、その線状領域からその周辺領域へと非晶質ケイ素膜
を横方向(基板表面に対して概ね平行な方向)に結晶成
長させる。そして、隣接する2本の線状領域間に挟まれ
た横方向結晶成長部分を用いて半導体素子となる活性領
域を形成する。隣接する2本の線状領域間に挟まれた内
側の横方向結晶成長領域は、外側の横方向結晶成長領域
に比べて結晶性が非常に良好であり、残存非晶質成分が
極めて少ないので成長不良率が非常に低い。この領域を
利用して半導体素子の活性領域を形成することで、非常
に高性能な半導体装置を高い良品率で製造することが可
能となる。In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, before or after the step of forming an amorphous silicon film on a substrate, a catalyst element for promoting crystallization of the amorphous silicon film is added to a predetermined element. Selective introduction into a plurality of linear regions arranged substantially in parallel with an interval of, and selectively crystallize the amorphous silicon film in the linear regions in which the catalytic element is introduced by performing a heat treatment; Further, an amorphous silicon film is crystal-grown in a lateral direction (a direction substantially parallel to the substrate surface) from the linear region to the peripheral region. Then, an active region to be a semiconductor element is formed by using the lateral crystal growth portion sandwiched between two adjacent linear regions. The inner lateral crystal growth region sandwiched between two adjacent linear regions has very good crystallinity and very little residual amorphous component compared to the outer lateral crystal growth region. Very low growth failure rate. By using this region to form an active region of a semiconductor element, it becomes possible to manufacture a very high-performance semiconductor device at a high yield.
【0049】本発明にあっては、隣接する2本の線状領
域間に挟まれた横方向結晶成長領域の触媒元素濃度は、
線状領域の線幅WLと線状領域間の間隔WSとに依存す
る。よって、線状領域の線幅WL及び線状領域間の間隔
WSと、隣接する2本の線状領域間に挟まれた横方向結
晶成長領域の触媒元素濃度との関係を予め調べておき、
実際の半導体装置の製造工程において、活性領域となる
横方向結晶成長領域の触媒元素濃度が所望の値となるよ
うに、線状領域の線幅WLと線状領域間の間隔WSとを予
め設定するのが望ましい。According to the present invention, the catalyst element concentration in the lateral crystal growth region sandwiched between two adjacent linear regions is as follows:
It depends on the spacing W S between the line width W L and the linear region of the linear region. Therefore, a distance W S between the line width W L and the linear region of the linear region, by examining the relationship between the concentration of the catalytic element sandwiched between the linear region of two adjacent lateral crystal growth regions in advance Every
In actual manufacturing process of the semiconductor device, so that the catalytic element concentration in the lateral crystal growth region to be the active region has a desired value, and a distance W S between the line width W L and the linear region of the linear region It is desirable to set in advance.
【0050】また、本発明にあっては、触媒元素を並列
に並んだ複数本の線状領域に導入するが、隣接する2本
の線状領域間に挟まれた横方向結晶成長領域の結晶性
は、線状領域の線幅WLと線状領域間の間隔WSとに依存
する。よって、線状領域の線幅WL及び線状領域間の間
隔WSと、隣接する2本の線状領域間に挟まれた横方向
結晶成長領域の結晶性との関係を予め調べておき、実際
の半導体装置の製造工程において、活性領域となる横方
向結晶成長領域の結晶性が所望の値となるように、線状
領域の線幅WLと線状領域間の間隔WSとを予め設定する
のが望ましい。Further, in the present invention, the catalyst element is introduced into a plurality of linear regions arranged in parallel, and the crystal of the lateral crystal growth region sandwiched between two adjacent linear regions is introduced. sex, depends on the interval W S between the line width W L and the linear region of the linear region. Therefore, a distance W S between the line width W L and the linear region of the linear region, previously examined the relationship between the crystallinity of sandwiched between the linear region of two adjacent lateral crystal growth regions in advance in actual manufacturing process of a semiconductor device, such crystalline lateral crystal growth region to be the active region has a desired value, and a distance W S between the line width W L and the linear region of the linear region It is desirable to set in advance.
【0051】本発明にあっては、線状領域の線幅WLと
線状領域間の間隔WSとにより活性領域の触媒元素濃度
を低濃度制御することが可能である。この線状領域の線
幅と線状領域間の間隔とを制御するために、非晶質ケイ
素膜の上に所定の間隔を開けて概ね平行に並んだ複数の
線状開口部を有するマスク膜を設けて、そのマスク膜の
上から触媒元素を導入してもよい。その後、このマスク
膜を除去してから横方向結晶成長工程を行うことによ
り、マスク膜上の触媒元素が非晶質ケイ素膜の横方向結
晶成長に悪影響を及ぼさないようにすることができる。[0051] In the present invention, it is possible to control low concentration of a catalytic element concentration in the active region by a distance W S between the line width W L and the linear region of the linear region. In order to control the line width of the linear region and the interval between the linear regions, a mask film having a plurality of linear openings arranged substantially in parallel at predetermined intervals on the amorphous silicon film And a catalytic element may be introduced from above the mask film. Thereafter, by performing the lateral crystal growth step after removing the mask film, the catalytic element on the mask film can be prevented from adversely affecting the lateral crystal growth of the amorphous silicon film.
【0052】本発明にあっては、半導体装置の特性をさ
らに向上するために、半導体装置の活性領域が形成され
る横方向結晶成長領域のケイ素膜に対してレーザー光等
のエネルギービームを照射してケイ素膜の結晶性をさら
に助長する工程を行うのが望ましい。触媒元素を導入し
て結晶化した結晶性ケイ素膜は柱状結晶で構成されてお
り、その内部が単結晶状態であるため、レーザー光や強
光の照射により結晶粒界部が処理されると基板全面にわ
たって単結晶状態に近い良質の結晶性ケイ素膜が得られ
る。このエネルギービーム照射工程を結晶化工程の直後
に行うと、基板上に触媒元素が高濃度に局在している領
域が存在するため、これらの領域から活性領域となる横
方向結晶成長領域への触媒元素の再拡散やオートドープ
等が発生することがある。よって、エネルギービームを
照射してケイ素膜の結晶性をさらに助長する工程は、触
媒元素が高濃度に局在している領域を除去して、半導体
素子となる活性領域を形成した後で行うのが望ましい。In the present invention, in order to further improve the characteristics of the semiconductor device, the silicon film in the lateral crystal growth region where the active region of the semiconductor device is formed is irradiated with an energy beam such as a laser beam. It is desirable to perform a step of further promoting the crystallinity of the silicon film. The crystalline silicon film crystallized by introducing a catalytic element is composed of columnar crystals, and the inside is in a single crystal state. Therefore, when the crystal grain boundary is processed by irradiation of laser light or strong light, the substrate A high-quality crystalline silicon film close to a single crystal state can be obtained over the entire surface. If this energy beam irradiation step is performed immediately after the crystallization step, there are regions where the catalytic element is localized at a high concentration on the substrate. Re-diffusion or auto doping of the catalytic element may occur. Therefore, the step of irradiating the energy beam to further promote the crystallinity of the silicon film is performed after removing the region where the catalytic element is localized at a high concentration and forming the active region to be a semiconductor element. Is desirable.
【0053】[0053]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。Embodiments of the present invention will be described below.
【0054】本発明の半導体装置においては、所定の間
隔を開けて概ね平行に並んだ複数の線状領域に触媒元素
を導入して加熱処理により導入領域からその周辺領域へ
横方向結晶成長させ、隣接する2本の線状領域(触媒元
素導入領域)間に挟まれた横方向結晶成長領域を利用し
て活性領域を形成する。その理由について、図1を参照
しながら説明する。In the semiconductor device of the present invention, a catalytic element is introduced into a plurality of linear regions arranged in parallel at predetermined intervals, and laterally crystal-grows from the introduced region to the peripheral region by heat treatment. An active region is formed by utilizing a lateral crystal growth region sandwiched between two adjacent linear regions (catalyst element introduction regions). The reason will be described with reference to FIG.
【0055】図1は触媒元素導入の領域及びケイ素膜の
結晶化領域を示す平面図である。ここで、触媒元素の導
入領域は、少なくとも2つ以上の領域(図1では50
1、502)とする。FIG. 1 is a plan view showing a region where a catalytic element is introduced and a region where a silicon film is crystallized. Here, the introduction region of the catalyst element is at least two or more regions (50 in FIG. 1).
1, 502).
【0056】触媒元素の選択導入領域を複数設定し、そ
の導入領域間の間隔を所定の距離以下にすると、横方向
結晶成長があたかも引き合うかのように起こる。When a plurality of selective introduction regions of the catalyst element are set and the interval between the introduction regions is set to a predetermined distance or less, lateral crystal growth occurs as if attracting.
【0057】図1(A)に示すように、領域501、5
02に触媒元素を導入して550℃〜600℃の加熱処
理を施すと、まず、触媒元素導入領域501、502の
ケイ素膜が結晶化され、その後、領域501、502か
らその周辺領域へと矢印507で示すような方向に横方
向結晶成長が生じる。ここで、領域503は触媒元素導
入領域501からの横方向結晶成長領域であり、領域5
04は触媒元素導入領域502からの横方向結晶成長領
域である。通常の場合には、横方向結晶成長領域50
3、504の成長形状は、図1(A)に示すように、触
媒元素導入領域501、502を中心とした対称な形状
となる。As shown in FIG. 1A, the regions 501, 5
When the catalyst element is introduced into the catalyst element 02 and subjected to a heat treatment at 550 ° C. to 600 ° C., first, the silicon films in the catalyst element introduction regions 501 and 502 are crystallized, and thereafter, arrows are formed from the regions 501 and 502 to the surrounding regions. Lateral crystal growth occurs in the direction indicated by 507. Here, the region 503 is a lateral crystal growth region from the catalytic element introduction region 501, and the region 5
Reference numeral 04 denotes a lateral crystal growth region from the catalytic element introduction region 502. In the normal case, the lateral crystal growth region 50
As shown in FIG. 1A, the growth shapes of 3, 504 are symmetrical with respect to the catalyst element introduction regions 501, 502.
【0058】ところが、図1(B)に示すように、触媒
元素導入領域501、502の間隔(距離)WSを小さ
くしていくと、横方向結晶成長領域503、504の成
長形状は領域501、502に対して対称ではなくな
り、互いに引き合うような形で結晶成長が生じるように
なる。[0058] However, as shown in FIG. 1 (B), the distance between the catalytic element introduction region 501, 502 (distance) W S gradually reduced, the growth shape of the lateral crystal growth regions 503 and 504 regions 501 , 502 are not symmetrical, and crystal growth occurs in such a manner as to attract each other.
【0059】そして、さらに加熱処理を延長すると、図
1(C)に示すように、横方向結晶成長領域503と5
04とがぶつかり合って結晶成長が停止する。このと
き、横方向結晶成長領域503、504における内側の
領域503a、504aと外側の領域503b、504
bとでは、結晶性が異なっている。即ち、内領域503
a、504aの結晶性は外側領域503b、504bの
結晶性に比べて非常に良好となっており、従来ある程度
見られていた結晶中の残存非晶質成分が内側領域503
a、504aでは殆ど存在しない。また、内側領域50
3a、504aでは横方向結晶成長が非常に安定し、成
長不良率が激減する。When the heat treatment is further extended, as shown in FIG. 1C, the lateral crystal growth regions 503 and 5
04 and the crystal growth is stopped. At this time, the inner regions 503a and 504a and the outer regions 503b and 504 in the lateral crystal growth regions 503 and 504 are formed.
b differs in crystallinity. That is, the inner area 503
The crystallinity of a and 504a is much better than the crystallinity of the outer regions 503b and 504b.
a, 504a hardly exist. Also, the inner region 50
In 3a and 504a, the lateral crystal growth is very stable, and the defective growth rate is drastically reduced.
【0060】そこで、本発明においては、図1(C)に
示すように、隣接する2本の触媒元素導入領域501、
502の間に挟まれた横方向結晶成長領域(内側領域)
503a、504aを利用して活性領域(素子領域)5
05、506を形成する。これにより、非常に高性能な
半導体装置を今までには不可能であった高い良品率で製
造することが可能となる。Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 1C, two adjacent catalytic element introduction regions 501,
Lateral crystal growth region (inner region) sandwiched between 502
Active region (element region) 5 using 503a and 504a
05 and 506 are formed. As a result, it becomes possible to manufacture a very high-performance semiconductor device at a high yield rate which has been impossible so far.
【0061】尚、本発明において、上記線状領域(触媒
元素導入領域)の間隔(距離)WSは、非常に重要なパ
ラメータである。その理由は、上述のような2本の触媒
元素導入領域間に挟まれた部分(内側領域)において、
図1(B)に示したような非対称な横方向結晶成長が生
じるか否かは触媒元素導入領域間の間隔WSに依存して
いるからである。[0061] In the present invention, the interval (distance) W S of the linear region (catalytic element introduction region) is a very important parameter. The reason is that in the portion (inner region) sandwiched between the two catalyst element introduction regions as described above,
Asymmetric whether lateral crystal growth occurs as shown in FIG. 1 (B) is because, depending on the distance W S between the catalytic element introduction region.
【0062】従って、このような本発明の効果を充分に
得るためには、線状領域間の間隔WSを小さくして、単
独の線状領域に触媒元素を導入して導入領域からその周
辺領域へ基板表面に対して概ね平行な方向にケイ素膜を
結晶成長させた場合よりも大きな結晶成長速度が得られ
る範囲に設定するのが望ましい。WSをこのような範囲
に設定することにより、隣接する2本の触媒元素導入領
域に挟まれた横方向結晶成長部分において、安定した成
長状態が得られ、単独の導入領域から横方向に結晶成長
したケイ素膜よりも高い結晶性を有するようになる。従
って、そのような高い結晶性ケイ素膜を利用して活性領
域を形成することで高性能な半導体装置を高い良品率で
製造することが可能となる。[0062] Therefore, in order to obtain the effect of the present invention as described above sufficiently it is to reduce the distance W S between the linear region, surrounding the introduction region by introducing a catalytic element in the linear region of the sole It is desirable to set the range so that a higher crystal growth rate can be obtained than when a silicon film is grown in a direction substantially parallel to the substrate surface in the region. By setting WS in such a range, a stable growth state can be obtained in a lateral crystal growth portion sandwiched between two adjacent catalyst element introduction regions, and the crystal can be laterally crystallized from a single introduction region. It has higher crystallinity than the grown silicon film. Therefore, by forming an active region using such a highly crystalline silicon film, a high-performance semiconductor device can be manufactured at a high yield rate.
【0063】具体的には、上記線状領域間の間隔WSが
300μm以下に設定されているのが好ましく、さらに
好ましくは200μm以下である。図2を用いてその理
由を説明する。[0063] More specifically, it is preferable to spacing W S between the linear region is set to 300μm or less, more preferably 200μm or less. The reason will be described with reference to FIG.
【0064】図2は触媒元素が導入される線状領域間の
間隔WSと横方向結晶成長距離との関係を示すグラフで
ある。尚、図2において、横方向結晶成長距離とは、加
熱温度580℃で11時間処理後における触媒元素の導
入領域の端から結晶成長先端(結晶化領域と非晶質領域
との境界)までの距離を示す。従って、この横方向結晶
成長距離を11時間で割ると、結晶成長速度が得られ
る。[0064] FIG. 2 is a graph showing the relation between the distance W S and lateral crystal growth distance between the linear region the catalytic element is introduced. In FIG. 2, the lateral crystal growth distance refers to the distance from the end of the catalytic element introduction region to the crystal growth tip (the boundary between the crystallized region and the amorphous region) after the treatment at a heating temperature of 580 ° C. for 11 hours. Indicates the distance. Therefore, the crystal growth rate can be obtained by dividing the lateral crystal growth distance by 11 hours.
【0065】この図2から、WSが300μm付近で急
激に結晶成長距離が変化することがわかる。そして、W
Sが400μm以上では結晶成長距離が一定値となって
おり、これが単独(孤立状態)の触媒元素導入領域から
の結晶成長距離と一致している。即ち、線状領域間の間
隔WSが300μm付近を境界として、それ以下では結
晶成長距離が徐々に大きくなる。従って、本発明におい
てはWSを300μm以下に設定することにより、単独
(孤立状態)の触媒元素導入領域から横方向結晶成長さ
せた場合よりも大きな結晶成長速度が得られ、単独の導
入領域から横方向に結晶成長したケイ素膜よりも高い結
晶性を得ることができる。FIG. 2 shows that the crystal growth distance changes abruptly when W S is around 300 μm. And W
When S is 400 μm or more, the crystal growth distance is a constant value, which coincides with the crystal growth distance from a single (isolated) catalytic element introduction region. That is, the interval W S between the linear region as a boundary around 300 [mu] m, the crystal growth distance increases gradually with less. Therefore, in the present invention, by setting W S to 300 μm or less, a higher crystal growth rate can be obtained than in the case where lateral crystal growth is performed from a single (isolated) catalyst element introduction region, and from the single introduction region. Higher crystallinity can be obtained than a silicon film grown in the lateral direction.
【0066】さらに、図2によれば、WSが300μm
より小さくなると成長距離が大きくなるが、200μm
まででその成長距離増大傾向がある程度収まって200
μm以下ではほぼ成長距離が飽和していることがわか
る。従って、成長状態をより安定化させることを考慮す
ると、成長距離が大きくなる方向で飽和状態となってい
る領域を選択するのが最適である。さらに、この場合
に、単独(孤立状態)の触媒元素導入領域からの結晶成
長状態と比べて最も大きな結晶性の向上が見られる。従
って、本発明において触媒元素が導入される線状領域間
の間隔WSとしては、200μm以下に設定するのが最
適であり、この場合に最も特性の安定性に優れた高性能
薄膜半導体装置を実現することが可能となる。Further, according to FIG. 2, W S is 300 μm
As the distance becomes smaller, the growth distance becomes longer.
Up to 200
It can be seen that the growth distance is almost saturated below μm. Therefore, in consideration of further stabilizing the growth state, it is optimal to select a region that is in a saturation state in a direction in which the growth distance increases. Furthermore, in this case, the greatest improvement in crystallinity is seen as compared with the crystal growth state from the single (isolated) catalyst element introduction region. Therefore, it is optimal to set the distance W S between the linear regions into which the catalytic element is introduced in the present invention to 200 μm or less. In this case, a high performance thin film semiconductor device having the most excellent characteristic stability is obtained. It can be realized.
【0067】尚、この触媒元素が導入される線状領域間
の間隔WSの下限については、作製しようとする半導体
素子のサイズに依存する。例えば、結晶成長方向を活性
領域の長さ方向LDとした場合、成長境界の中心からの
ずれ(成長マージン)を約±10μm程度見込んでおく
必要があるので、 WS/2>LD+10+α(μm) となる。上記式において、αは素子設計や製造装置等に
よっても異なるが、例えば1μm〜4μm程度と考えら
れる。[0067] Incidentally, the lower limit of the interval W S between the linear region in which the catalytic element is introduced depends on the size of the semiconductor device to be produced. For example, if the crystal growth direction is the length direction L D of the active region, it is necessary to expect a deviation (growth margin) of about ± 10 μm from the center of the growth boundary, so that W S / 2> L D + 10 + α. (Μm). In the above formula, α varies depending on the element design, the manufacturing apparatus, and the like, but is considered to be, for example, about 1 μm to 4 μm.
【0068】ところで、課題の項で述べたように、触媒
元素を微量に導入することは困難であり、これを解決す
るために特開平8−148426号公報においては、触
媒元素を導入する線状領域の線幅により触媒元素量の制
御を行っている。この技術では、導入量を直接的に微量
に制御する場合に比べて制御性は非常に優れており、有
効性は高い。しかしながら、本発明においては、この公
報の技術だけでは不十分であり、より高度な触媒元素濃
度の制御を行う必要がある。その理由は、触媒元素の導
入領域が所定の間隔を開けて並列に並んだ複数の線状領
域(ライン&スペース形状)によって構成されている場
合、2つの線状領域間に挟まれた横方向結晶成長ケイ素
膜にて形成される活性領域中の触媒元素濃度を導入領域
の線幅だけでは制御できないからである。本発明者らが
研究を積み重ねた結果、活性領域中の触媒元素濃度は、
触媒元素の導入領域が所定の間隔を開けて並列に並んだ
複数の線状領域(ライン&スペース形状)によって構成
されている場合、線状領域の線幅WLだけではなく、線
状領域間の間隔WSにも依存することがわかった。従っ
て、本発明においては触媒元素が導入される線状領域の
線幅WLと線状領域間の間隔WSとにより活性領域中の触
媒元素濃度を制御することで、結晶成長及び素子特性に
対して最適な値となるように触媒元素濃度を設定するこ
とができる。その結果、本発明の優れた効果より一層引
き出すことができる上に、半導体素子特性の安定性及び
信頼性の向上を図ることができる。By the way, as described in the subject, it is difficult to introduce a small amount of a catalytic element, and in order to solve this problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-148426 discloses a linear method for introducing a catalytic element. The amount of the catalytic element is controlled by the line width of the region. In this technique, the controllability is extremely excellent and the effectiveness is high as compared with the case where the amount of introduction is directly controlled to a very small amount. However, in the present invention, the technique disclosed in this publication alone is not sufficient, and it is necessary to control the concentration of the catalytic element at a higher level. The reason is that in the case where the introduction region of the catalyst element is constituted by a plurality of linear regions (line & space shape) arranged in parallel at a predetermined interval, the lateral direction sandwiched between the two linear regions This is because the concentration of the catalyst element in the active region formed by the crystal growth silicon film cannot be controlled only by the line width of the introduction region. As a result of the inventors' research, the catalytic element concentration in the active region is:
If introduction region of the catalytic element is constituted by a plurality of linear regions arranged in parallel with a predetermined distance (line and space shape), not only the line width W L of the linear region, between the linear region it was found that also depends on the interval W S. Thus, by controlling the concentration of the catalytic element in the active region by a distance W S between the line width W L and the linear region of the linear region the catalytic element is introduced in the present invention, the crystal growth and device characteristics The concentration of the catalyst element can be set so as to be an optimum value. As a result, not only the excellent effects of the present invention can be obtained, but also the stability and reliability of the semiconductor device characteristics can be improved.
【0069】さらに、本発明において活性領域を構成す
る横方向結晶成長ケイ素膜の結晶性は、従来の単独の触
媒元素導入領域から横方向結晶成長させたケイ素膜に比
べて優れているが、触媒元素が導入される線状領域の線
幅WLと線状領域間の間隔WSとを最適化することによ
り、さらに結晶成長の安定性及び結晶性を向上すること
ができる。つまり、2つの触媒元素導入領域間に形成さ
れた横方向結晶成長ケイ素膜の結晶性は、触媒元素が導
入される線状領域の線幅WLと線状領域間の間隔WSとに
依存しており、本発明においてこれら2つのパラメータ
を制御することで、活性領域の結晶性をコントロールし
て最適な状態とすることができる。Further, in the present invention, the crystallinity of the laterally crystallized silicon film constituting the active region is superior to that of the conventional silicon film grown laterally from a single catalyst element introduction region. by elements to optimize the spacing W S between the line width W L and the linear region of the linear region to be introduced, it is possible to further improve the stability and crystallinity of the crystal growth. In other words, the crystallinity of the lateral crystal growth silicon film formed between the two catalytic element introduction region, depends on the interval W S between the line width W L and the linear region of the linear region the catalytic element is introduced By controlling these two parameters in the present invention, the crystallinity of the active region can be controlled to achieve an optimal state.
【0070】具体的に、触媒元素が導入される線状領域
の線幅WLと線状領域間の間隔WSとの2つのパラメータ
を用いて活性領域中の触媒元素濃度や活性領域を構成す
るケイ素膜の結晶性を制御するためには、それらの比W
S/WLを用いる方法が挙げられる。好ましくはWS/WL
を2.5以上40以下に制御し、さらに好ましくは5以
上30以下になるように制御する。図3及び図4を用い
てその理由を説明する。[0070] Specifically, constituting the catalyst element concentration and an active region in the active region by using two parameters of the interval W S between the line width W L and the linear region of the linear region the catalytic element is introduced In order to control the crystallinity of the silicon film, the ratio W
A method using S / W L is exemplified. Preferably W S / W L
Is controlled to be 2.5 or more and 40 or less, and more preferably 5 or more and 30 or less. The reason will be described with reference to FIGS.
【0071】図3は触媒元素が導入される線状領域間の
間隔WSと触媒元素導入領域の線幅WLとの比WS/W
Lと、その導入領域間の横方向結晶成長ケイ素膜により
構成される活性領域中の触媒元素濃度との関係を示すグ
ラフである。[0071] Figure 3 is the ratio W S / W of the line width W L of the interval W S and the catalytic element introduction region between the linear region the catalytic element is introduced
5 is a graph showing the relationship between L and the concentration of a catalytic element in an active region constituted by a laterally crystal-grown silicon film between the regions into which L is introduced.
【0072】この図3によれば、横方向結晶成長過程に
おいて活性領域中に残留する触媒元素濃度は、WS/WL
が小さくなると急激に増大している。即ち、触媒元素濃
度は導入領域の線幅WLが大きくなると増大し、導入領
域間の間隔WSが小さくなると増大する傾向にある。一
方、触媒元素は結晶成長させるために必要ではあるが、
半導体素子特性の安定性及び信頼性の観点からはできる
限り触媒元素濃度を低減したい。この図3によれば、活
性領域中の触媒元素濃度は、WS/WLの値が2.5付近
を境界として、それ以下では急激な増大傾向を示してい
る。よって、WS/WLの値が2.5以下の場合には、触
媒元素濃度が非常に高くなるだけではなく急激な濃度増
大傾向にあるため、ほんの小さな外的要因に対しても活
性領域中の触媒元素濃度が大きくばらついて素子特性を
不安定化させ、大きくばらつかせることになる。従っ
て、本発明において触媒元素が導入される線状領域間の
間隔WSと触媒元素導入領域の線幅WLとの比WS/WLは
少なくとも2.5以上であるのが望ましい。According to FIG. 3, the concentration of the catalytic element remaining in the active region during the lateral crystal growth process is W S / W L
Increases rapidly as the value decreases. That is, the catalyst element concentration is increased and the line width W L of the introduction region becomes large, it tends to increase the distance W S between the introduction region is smaller. On the other hand, the catalyst element is necessary for crystal growth,
From the viewpoint of the stability and reliability of the characteristics of the semiconductor element, it is desired to reduce the concentration of the catalyst element as much as possible. According to FIG. 3, the concentration of the catalytic element in the active region shows a sharp increasing tendency when the value of W S / W L is around 2.5 as a boundary and below. Therefore, when the value of W S / W L is 2.5 or less, not only the concentration of the catalyst element becomes extremely high but also the concentration tends to sharply increase. The concentration of the catalyst element therein greatly varies, destabilizing the device characteristics and greatly varying. Therefore, the ratio W S / W L of the line width W L of the interval W S and the catalytic element introduction region between the linear region the catalytic element is introduced in the present invention is desirably at least 2.5 or more.
【0073】さらに、この図3から、WS/WLが約5以
上の値で活性領域中の触媒元素濃度の低下傾向がほぼ飽
和し、一定値となって安定していることがわかる。即
ち、WS/WLを5以上の値とすることで、活性領域中の
触媒元素濃度が極低濃度で安定し、外的なプロセス要因
に対しても大きく左右されず、素子特性のさらなる安定
化及び信頼性の向上を図ることができる。従って、本発
明において触媒元素が導入される線状領域間の間隔WS
と触媒元素導入領域の線幅WLとの比WS/WLは、より
好ましくは5以上である。Further, it can be seen from FIG. 3 that when the value of W S / W L is about 5 or more, the tendency of the catalyst element concentration in the active region to decrease is almost saturated and the value is stable at a constant value. That is, by setting W S / W L to a value of 5 or more, the concentration of the catalyst element in the active region is stabilized at an extremely low concentration, is not largely influenced by external process factors, and further improves the device characteristics. Stability and reliability can be improved. Accordingly, in the present invention, the distance W S between the linear regions into which the catalytic element is introduced is described.
The ratio W S / W L of the line width W L of the catalytic element introduction region and is more preferably 5 or more.
【0074】次に、図4は触媒元素が導入される線状領
域間の間隔WSと触媒元素導入領域の線幅WLとの比WS
/WLと、その導入領域間の横方向結晶成長ケイ素膜に
より構成される活性領域の結晶性との関係を示すグラフ
である。尚、この図4において、活性領域の結晶性はラ
マン分光法により得られる活性領域のラマンスペクトル
の内、その半導体に固有のフォノンに対応するラマンバ
ンドの1次ピーク波形においてそのピーク半値全幅を求
め、その値にて評価した。このラマンピーク半値全幅
は、単結晶では約3cm-1であり、その値が小さくなる
ほど結晶性が良い。図4において、縦軸がラマンピーク
半値全幅を示しているので、下方に向かうほど結晶性が
良い。Next, the ratio W S in FIG. 4 is a line width W L of the interval W S and the catalytic element introduction region between the linear region the catalytic element is introduced
And / W L, which is a graph showing the relationship between the crystallinity of the formed active region by lateral crystal growth silicon film between the introduction region. In FIG. 4, the crystallinity of the active region is obtained by calculating the full width at half maximum of the primary peak waveform of the Raman band corresponding to the phonon peculiar to the semiconductor in the Raman spectrum of the active region obtained by Raman spectroscopy. Was evaluated based on the value. The full width at half maximum of the Raman peak is about 3 cm -1 in a single crystal, and the smaller the value, the better the crystallinity. In FIG. 4, the vertical axis indicates the full width at half maximum of the Raman peak.
【0075】この図4によれば、触媒元素が導入される
線状領域間の間隔WSと触媒元素導入領域の線幅WLとの
比WS/WLと、その導入領域間の横方向結晶成長ケイ素
膜により構成される活性領域の結晶性とには、相関関係
があることがわかる。即ち、図4においては、WS/WL
の値が約30以上で結晶性が悪化(ラマンピーク半値全
幅が大きくなる)し始め、さらに約40以上で急激に悪
化している。特に、WS/WLの値が約40以上の急激な
悪化領域では、充分な横方向結晶成長が生じておらず、
所謂残留非晶質成分の多い成長不良状態となっている。
このような状態のケイ素膜を用いて半導体素子を作製し
た場合には、充分な性能が得られないのみならず、個々
の素子間のばらつきも当然大きくなる。従って、本発明
において触媒元素が導入される線状領域間の間隔WSと
触媒元素導入領域の線幅WLとの比WS/WLは約40以
下であるのが好ましく、より好ましくは30以下であ
る。[0075] According to FIG. 4, the ratio W S / W L of the line width W L of the interval W S and the catalytic element introduction region between the linear region the catalytic element is introduced, beside between the introduction region It can be seen that there is a correlation between the crystallinity of the active region formed by the directional crystal growth silicon film. That is, in FIG. 4, W S / W L
Is about 30 or more, the crystallinity starts to deteriorate (the full width at half maximum of the Raman peak becomes large), and when it is about 40 or more, it rapidly deteriorates. In particular, in the rapidly deteriorated region where the value of W S / W L is about 40 or more, sufficient lateral crystal growth has not occurred, and
This is a so-called poor growth state with many residual amorphous components.
When a semiconductor element is manufactured using the silicon film in such a state, not only sufficient performance is not obtained, but also variation between individual elements naturally increases. Therefore, in the present invention, the ratio W S / W L of the distance W S between the linear regions into which the catalyst element is introduced and the line width W L of the catalyst element introduction region is preferably about 40 or less, more preferably. 30 or less.
【0076】本発明においては、触媒元素が導入される
線状領域間の間隔WSと触媒元素導入領域の線幅WLとの
比WS/WLに加えて、線状領域の長辺方向の長さについ
ても重要なパラメータである。[0076] In the present invention, in addition to the ratio W S / W L of the line width W L of the interval W S and the catalytic element introduction region between the linear region the catalytic element is introduced, the long side of the linear region The length in the direction is also an important parameter.
【0077】本発明は横方向に一次元的に結晶成長させ
たケイ素膜を活性領域に利用するものであるが、触媒元
素が導入された線状領域の長辺方向の長さが短い場合に
は充分な一次元的結晶成長が生じず、図5(A)に示す
ように、結晶成長が四方八方に拡がる。この図5(A)
において、901は触媒元素導入領域、902は横方向
結晶成長領域、903は未結晶化領域、904は結晶成
長方向を示す。このような場合、横方向結晶成長領域9
02は一次元的に結晶成長した場合に比べて結晶性が劣
り、残存非晶質(未結晶化)成分が多く見られる。ま
た、必要とされる触媒元素量も多くなるため、過剰の触
媒元素を導入する必要があり、半導体素子の信頼性にも
悪影響を与えることになる。従って、本発明において
は、図5(B)に示すように、触媒元素が導入される線
状領域901の長辺方向の長さ907を、線状領域90
1からその周辺領域へケイ素膜が結晶成長する際に、ケ
イ素膜の成長先端部905(結晶化領域902/非晶質
領域903の境界)が線状領域901の長辺方向と概ね
平行となる部分が存在する範囲に設定するのが望まし
い。つまり、結晶成長先端部905が線状領域901の
長辺方向と概ね平行となる部分906では横方向の結晶
成長が一次元的に行われており、残存非晶質成分が殆ど
無く、微量の触媒元素量で充分な結晶化が行える。そし
て、このような部分906内の横方向結晶成長領域を利
用して、図5(B)の908に示すような位置に半導体
装置の素子領域を形成することにより信頼性の高い半導
体素子を得ることができる。In the present invention, a silicon film obtained by one-dimensionally growing a crystal in the lateral direction is used as an active region. Does not cause sufficient one-dimensional crystal growth, and the crystal growth spreads in all directions as shown in FIG. This FIG.
In the figure, 901 indicates a catalytic element introduction region, 902 indicates a lateral crystal growth region, 903 indicates an uncrystallized region, and 904 indicates a crystal growth direction. In such a case, the lateral crystal growth region 9
No. 02 is inferior in crystallinity as compared with one-dimensionally grown crystals, and many residual amorphous (uncrystallized) components are observed. Further, since the required amount of the catalyst element also increases, it is necessary to introduce an excessive amount of the catalyst element, which adversely affects the reliability of the semiconductor element. Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 5B, the length 907 in the long side direction of the linear region 901 into which the catalyst element is introduced is changed to the linear region 90.
When the silicon film grows from 1 to its peripheral region, the growth tip 905 of the silicon film (the boundary between the crystallized region 902 and the amorphous region 903) is substantially parallel to the long side direction of the linear region 901. It is desirable to set in the range where the portion exists. In other words, in the portion 906 where the crystal growth tip 905 is substantially parallel to the long side direction of the linear region 901, crystal growth in the horizontal direction is performed one-dimensionally, there is almost no remaining amorphous component, Sufficient crystallization can be performed with the amount of the catalyst element. Then, by utilizing the lateral crystal growth region in such a portion 906, an element region of the semiconductor device is formed at a position as shown by 908 in FIG. 5B to obtain a highly reliable semiconductor element. be able to.
【0078】具体的に、触媒元素が導入される線状領域
の長辺方向の長さは、150μm以上に設定されている
のが望ましい。この長さを150μmとすることで、図
5(B)に示した成長先端905が線状領域901とほ
ぼ平行となる部分906が20μm程度生じる。素子サ
イズと結晶の方向安定性とを考慮すると、素子作製領域
としては最低限この程度の範囲が必要となる。従って、
本発明においては、触媒元素が導入される全ての線状領
域の長辺方向の長さを150μm以上とするのが望まし
い。Specifically, the length of the linear region into which the catalytic element is introduced in the long side direction is desirably set to 150 μm or more. By setting this length to 150 μm, a portion 906 where the growth tip 905 shown in FIG. 5B is substantially parallel to the linear region 901 is generated at about 20 μm. Considering the element size and the directional stability of the crystal, the element fabrication region needs to have a range of at least this degree. Therefore,
In the present invention, it is desirable that the length in the long side direction of all the linear regions into which the catalytic element is introduced be 150 μm or more.
【0079】さて、本発明においては触媒元素が導入さ
れる線状領域間の間隔WSと触媒元素導入領域の線幅WL
との比WS/WLとにより、半導体装置の活性領域中の触
媒元素濃度を制御可能であり、その有効性については上
述したが、実際の活性領域中の触媒元素濃度は1×10
17atoms/cm3以下に制御されているのが望まし
い。[0079] Now, the line width of the interval W S and the catalytic element introduction region between the linear region the catalytic element is introduced in the present invention W L
Can control the concentration of the catalyst element in the active region of the semiconductor device by the ratio W S / W L, and its effectiveness has been described above. However, the actual concentration of the catalyst element in the active region is 1 × 10
It is desirable that the concentration be controlled to 17 atoms / cm 3 or less.
【0080】活性領域中の触媒元素濃度は低いほど好ま
しいが、本発明者らの実験によれば、TFT素子におい
て活性領域中の触媒元素濃度が1×1017atoms/
cm3以下であれば、信頼性の観点から製品として耐久
性のある半導体装置が得られることが確認されている。
従って、本発明において半導体装置の活性領域中の触媒
元素濃度は1×1017atoms/cm3以下とするの
が望ましい。ここで、触媒元素の濃度は、2次イオン質
量分析法によって得られた最小値で定義するのが望まし
い、この方法によれば、測定下限がニッケルの場合に1
×1016atoms/cm3程度であり、上記制御値よ
り約1桁程度低いので充分な濃度管理を行うことが可能
である。The lower the concentration of the catalytic element in the active region, the better, but according to experiments by the present inventors, the concentration of the catalytic element in the active region of the TFT element is 1 × 10 17 atoms / s.
It has been confirmed that a semiconductor device having a durability of less than cm 3 can be obtained as a product from the viewpoint of reliability.
Therefore, in the present invention, it is desirable that the concentration of the catalytic element in the active region of the semiconductor device be 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less. Here, it is desirable that the concentration of the catalytic element be defined by the minimum value obtained by the secondary ion mass spectrometry.
It is about × 10 16 atoms / cm 3, which is about one digit lower than the above control value, so that sufficient density management can be performed.
【0081】本発明において、活性領域中の触媒元素濃
度に対するより簡易的及び確実な確認手段としては、活
性領域を触媒元素の選択的エッチング液に浸し、その表
面に微小穴等のエッチングダメージが生じるか否かを確
認する方法がある。このとき、エッチングダメージが生
じない程度まで活性領域中の触媒元素濃度を低濃度制御
することが望ましい。その理由は以下の通りである。In the present invention, as a simpler and more reliable means for confirming the concentration of the catalytic element in the active region, the active region is immersed in a selective etching solution of the catalytic element to cause etching damage such as minute holes on the surface. There is a method to confirm whether or not. At this time, it is desirable to control the concentration of the catalyst element in the active region to a low concentration to the extent that etching damage does not occur. The reason is as follows.
【0082】活性領域中の触媒元素は均一に分散してい
る訳ではなく、局所的に集まって存在している。従っ
て、測定装置を用いてその空間分解能に相当する領域内
の触媒元素濃度をトータル的に測定するよりも、上記方
法を用いることにより実際的な触媒元素に対する情報が
得られる。The catalytic elements in the active region are not dispersed uniformly but exist locally and gather. Therefore, rather than using a measuring device to totally measure the concentration of a catalytic element in a region corresponding to the spatial resolution, practical information on the catalytic element can be obtained by using the above method.
【0083】具体的には、触媒元素の選択的エッチング
液としてフッ化水素酸を0.5%及び過酸化水素を0.
5%含む水溶液を用いて約1時間、活性領域を浸す。そ
の処理後、光学顕微鏡によりケイ素膜表面を観察する
と、図6のような微小穴14が観察される。図6は、横
方向結晶成長後に上記処理を行ってケイ素膜表面をスケ
ッチしたものであり、図6(A)は触媒元素濃度が制御
されていない状態を示し、図6(B)は本発明により触
媒元素濃度の低濃度制御を行った状態を示す。触媒元素
は成長先端に局在して結晶成長を引き起こすため、導入
部11や成長先端や成長境界(結晶化領域がぶつかり合
った部分)13に多く偏在する性質があり、点14は偏
在していた触媒元素がエッチング処理により除去されて
生じた微小穴を示す。活性領域は横方向結晶成長領域1
2を用いて作製される。More specifically, 0.5% of hydrofluoric acid and 0.1% of hydrogen peroxide were used as a selective etching solution for the catalytic element.
The active area is immersed in an aqueous solution containing 5% for about 1 hour. After the treatment, when the surface of the silicon film is observed with an optical microscope, micro holes 14 as shown in FIG. 6 are observed. FIG. 6 is a sketch of the surface of the silicon film obtained by performing the above-described processing after the lateral crystal growth. FIG. 6A shows a state in which the concentration of the catalytic element is not controlled, and FIG. Shows a state in which the low concentration control of the catalyst element concentration is performed. Since the catalytic element is localized at the growth tip and causes crystal growth, the catalyst element has a property of being unevenly distributed in the introduction portion 11, the growth tip and the growth boundary (the portion where the crystallization regions collide) 13, and the point 14 is unevenly distributed. The micropores generated by removing the catalyst element that has been removed by the etching process are shown. The active region is the lateral crystal growth region 1
2 is manufactured.
【0084】図6(A)では導入部11と成長境界13
に多量の触媒元素による微小穴14が見られるが、活性
領域が形成される横方向結晶成長領域12においても幾
つかの微小穴14が発生している。即ち、上記エッチン
グにより穴を開けるだけの触媒元素量が活性領域中にも
存在していることになる。In FIG. 6A, the introduction part 11 and the growth boundary 13 are shown.
A small amount of fine holes 14 due to a large amount of catalytic elements can be seen in the horizontal crystal growth region 12 where the active region is formed. That is, the amount of the catalyst element enough to make a hole by the above-mentioned etching also exists in the active region.
【0085】これに対して、本発明により触媒元素濃度
が低濃度制御された図6(B)では、導入部11と成長
境界13には幾つかの微小穴14が見られるが、活性領
域が形成される横方向結晶成長領域12には全く微小穴
が発生していない。従って、活性領域中には上記エッチ
ングにより穴を開けるだけの触媒元素量が存在せず、極
めて濃度が低いことがわかる。On the other hand, in FIG. 6B in which the concentration of the catalyst element is controlled to be low according to the present invention, some small holes 14 can be seen at the introduction portion 11 and the growth boundary 13, but the active region is not. No microholes are generated in the formed lateral crystal growth region 12. Accordingly, it can be seen that the active region does not have the amount of the catalyst element enough to form a hole by the above-mentioned etching, and the concentration is extremely low.
【0086】実際に両者を用いてTFT素子を作製する
と、その信頼性が大きく異なっている。図6(A)に示
したものはTFT素子の特性劣化が大きく、さらにその
傾向が素子間で大きくばらつくが、図6(B)に示した
ものは全ての素子において殆ど特性劣化が生じなかっ
た。When a TFT element is actually manufactured using both of them, the reliability differs greatly. 6A shows a large deterioration in the characteristics of the TFT elements, and the tendency largely varies among the elements, but the one shown in FIG. 6B shows almost no deterioration in the characteristics of all the elements. .
【0087】本発明において、活性領域の結晶性の制御
方法としては、ラマン分光法により得られる活性領域の
ラマンスペクトルの内、その半導体に固有のフォノンに
対応するラマンバンドの1次ピーク波形においてそのピ
ーク半値全幅を求める方法がある。そのとき、ピーク半
値全幅が6.5cm-1以下となるように制御するのが望
ましい。In the present invention, as a method of controlling the crystallinity of the active region, the Raman spectrum of the active region obtained by the Raman spectroscopy includes a method of controlling the primary peak waveform of the Raman band corresponding to the phonon inherent to the semiconductor. There is a method of obtaining the full width at half maximum of the peak. At this time, it is desirable to control the peak full width at half maximum to be 6.5 cm -1 or less.
【0088】ラマンスペクトルはSi中の格子振動状態
を如実に反映しており、その結晶性の崩れにより上記ピ
ークにおけるピーク幅が拡がる。例えば、触媒元素を用
いない従来の固相成長方法により形成されたケイ素膜の
ラマンピーク半値全幅は7cm-1以上の値である。そこ
で、本発明においては、活性領域のラマンピーク半値全
幅が6.5cm-1以下となるように制御することによ
り、自然核発生による通常の固相成長ケイ素膜が混ざり
込むのを防ぐことができる。よって、触媒元素による横
方向結晶成長成分が優勢な高品質な結晶性ケイ素を安定
して得ることができ、高性能な半導体素子を安定して作
製可能となる。The Raman spectrum clearly reflects the state of lattice vibrations in Si, and the peak width of the above-mentioned peak is widened due to its crystallinity collapse. For example, the Raman peak full width at half maximum of a silicon film formed by a conventional solid phase growth method without using a catalytic element is a value of 7 cm -1 or more. Therefore, in the present invention, by controlling the full width at half maximum of the Raman peak of the active region to be 6.5 cm -1 or less, it is possible to prevent the normal solid-phase-grown silicon film from being mixed by natural nucleation. . Therefore, it is possible to stably obtain high-quality crystalline silicon in which the lateral crystal growth component due to the catalytic element is dominant, and to stably manufacture a high-performance semiconductor element.
【0089】本発明においては、非晶質ケイ素膜の結晶
化を助長する触媒元素として、Ni、Co、Pd、P
t、Cu、Ag、Au、In、Sn、Al及びSb等を
利用することができる。これらから選択された一種また
は複数種類の元素であれば、微量で結晶化助長の効果が
得られるため、充分な結晶成長状態が得られると共に半
導体素子への悪影響を最小限に抑えることができる。In the present invention, Ni, Co, Pd, P are used as catalyst elements for promoting crystallization of the amorphous silicon film.
t, Cu, Ag, Au, In, Sn, Al, Sb and the like can be used. If one or more of these elements are selected, the effect of promoting crystallization can be obtained in a small amount, so that a sufficient crystal growth state can be obtained and the adverse effect on the semiconductor element can be minimized.
【0090】特に、Niを用いた場合には最も顕著な効
果を得ることができる。この理由については、以下のよ
うなことが考えられる。In particular, the most remarkable effect can be obtained when Ni is used. The following can be considered for this reason.
【0091】触媒元素は単独では作用せず、ケイ素膜と
結合してシリサイド化することで結晶成長に作用する。
そのときの結晶構造が非晶質ケイ素膜の結晶化時に一種
の鋳型のように作用し、非晶質ケイ素膜の結晶化を促す
と考えられる。Niは2つのSiとでNiSi2という
シリサイドを形成する。このNiSi2は蛍石型の結晶
構造を有し、その結晶構造は単結晶ケイ素のダイヤモン
ド構造と非常に類似している。しかも、NiSi2の格
子定数は5.406オングストロームであり、結晶シリ
コンのダイヤモンド構造の格子定数5.430オングス
トロームに近い値である。このように、NiSi2は非
晶質ケイ素膜を結晶化させるための鋳型として最高のも
のと考えられるので、本発明における触媒元素としては
特にNiを用いるのが望ましい。The catalyst element does not act alone, but acts on the crystal growth by bonding to the silicon film to form silicide.
It is considered that the crystal structure at that time acts like a kind of template when the amorphous silicon film is crystallized, and promotes the crystallization of the amorphous silicon film. Ni forms silicide called NiSi 2 with two Sis. This NiSi 2 has a fluorite type crystal structure, and the crystal structure is very similar to the diamond structure of single crystal silicon. In addition, the lattice constant of NiSi 2 is 5.406 Å, which is close to the lattice constant of 5.430 Å of the diamond structure of crystalline silicon. As described above, NiSi 2 is considered to be the best as a template for crystallizing an amorphous silicon film, and therefore, it is particularly preferable to use Ni as the catalyst element in the present invention.
【0092】本発明の半導体装置は以下のようにして作
製することができる。The semiconductor device of the present invention can be manufactured as follows.
【0093】基板上に非晶質ケイ素膜を形成し、その工
程の前又は後で、非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触
媒元素を、所定の間隔を開けて概ね平行に並んだ複数の
線状領域に導入し、加熱処理を行って触媒元素が導入さ
れた線状領域の非晶質ケイ素膜を選択的に結晶化させ
る。さらに、その線状領域からその周辺領域へと非晶質
ケイ素膜を横方向(基板表面に対して概ね平行な方向)
に結晶成長させた後、隣接する2本の線状領域間に挟ま
れた横方向結晶成長ケイ素膜部分を用いて半導体素子と
なる活性領域を形成する。Before or after the step of forming an amorphous silicon film on a substrate, a plurality of catalytic elements that promote crystallization of the amorphous silicon film are arranged in parallel at predetermined intervals. And a heat treatment is performed to selectively crystallize the amorphous silicon film in the linear region into which the catalytic element has been introduced. Further, the amorphous silicon film is laterally extended from the linear region to the peripheral region (in a direction substantially parallel to the substrate surface).
After crystal growth, an active region to be a semiconductor element is formed by using a laterally crystal-grown silicon film portion sandwiched between two adjacent linear regions.
【0094】このとき、触媒元素の導入は、ケイ素膜の
形成後でもケイ素膜の形成前でもよい。ケイ素膜の形成
前の場合には、下地層の表面に触媒元素を添加すること
になる。At this time, the catalyst element may be introduced after the formation of the silicon film or before the formation of the silicon film. Before the formation of the silicon film, a catalyst element is added to the surface of the underlayer.
【0095】本発明の特徴は、触媒元素を並列に並んだ
複数本の線状領域に選択的に導入して非晶質ケイ素膜を
結晶成長させる点と、隣接する2本の線状領域間に挟ま
れた部分に存在する横方向結晶成長ケイ素膜を用いて半
導体素子の活性領域を形成する点の2点である。The features of the present invention are that a catalytic element is selectively introduced into a plurality of linear regions arranged in parallel to grow an amorphous silicon film, and that a catalyst element is formed between two adjacent linear regions. In which the active region of the semiconductor element is formed using the lateral crystal growth silicon film existing in the portion sandwiched between the two.
【0096】上述したように、触媒元素が導入された2
本の線状領域間に挟まれた横方向結晶成長領域は、外側
の横方向結晶成長領域に比べて結晶性が非常に良好とな
っており、残存非晶質成分が極めて少ないため成長不良
率が激減する。そして、その領域を利用して半導体素子
の活性領域を形成することで、非常に高性能な半導体装
置を今までには不可能であった高い良品率で製造するこ
とが可能となる。As described above, the catalyst element introduced 2
The lateral crystal growth region sandwiched between the linear regions has very good crystallinity as compared to the outer lateral crystal growth region, and the residual amorphous component is extremely small. Decreases sharply. Then, by forming the active region of the semiconductor element using the region, it becomes possible to manufacture a very high-performance semiconductor device at a high yield rate which has been impossible until now.
【0097】本発明においては、触媒元素を並列に並ん
だ複数本の線状領域に導入するが、隣接する2本の線状
領域間に挟まれた横方向結晶成長領域の触媒元素濃度
は、線状領域の線幅WLと線状領域間の間隔WSとに依存
する。従って、線状領域の線幅WL及び線状領域間の間
隔WSと、隣接する2本の線状領域間に挟まれた横方向
結晶成長領域の触媒元素濃度との関係を予め調べてお
き、実際の半導体装置の製造工程において、活性領域と
なる横方向結晶成長領域の触媒元素濃度が所望の値とな
るように、線状領域の線幅WLと線状領域間の間隔WSと
を予め設定するのが望ましい。これにより、活性領域中
の触媒元素濃度の確実な低濃度制御及び管理が可能とな
り、半導体素子の安定性及び信頼性を大きく向上させる
ことができる。In the present invention, the catalytic element is introduced into a plurality of linear regions arranged in parallel. The catalytic element concentration in the lateral crystal growth region sandwiched between two adjacent linear regions is as follows. It depends on the spacing W S between the line width W L and the linear region of the linear region. Therefore, a distance W S between the line width W L and the linear region of the linear region, by examining the relationship between the concentration of the catalytic element sandwiched between the linear region of two adjacent lateral crystal growth regions in advance Place in a manufacturing process of an actual semiconductor device, so that the catalytic element concentration in the lateral crystal growth region to be the active region becomes a desired value, the interval W S between the line width W L and the linear region of the linear region Is preferably set in advance. This makes it possible to reliably control and manage the concentration of the catalyst element in the active region, thereby greatly improving the stability and reliability of the semiconductor element.
【0098】また、本発明においては、触媒元素を並列
に並んだ複数本の線状領域に導入するが、隣接する2本
の線状領域間に挟まれた横方向結晶成長領域の結晶性
は、線状領域の線幅WLと線状領域間の間隔WSとに依存
する。従って、線状領域の線幅WL及び線状領域間の間
隔WSと、隣接する2本の線状領域間に挟まれた横方向
結晶成長領域の結晶性との関係を予め調べておき、実際
の半導体装置の製造工程において、活性領域となる横方
向結晶成長領域の結晶性が所望の値となるように、線状
領域の線幅WLと線状領域間の間隔WSとを予め設定する
のが望ましい。これにより、活性領域中の結晶性の確実
な低濃度制御及び管理が可能となり、半導体素子の安定
性を大きく向上させると共にさらなる高性能化を図るこ
とができる。In the present invention, the catalyst element is introduced into a plurality of linear regions arranged in parallel. However, the crystallinity of the lateral crystal growth region sandwiched between two adjacent linear regions has and on the distance W S between the line width W L and the linear region of the linear region. Therefore, a distance W S between the line width W L and the linear region of the linear region, previously examined the relationship between the crystallinity of sandwiched between the linear region of two adjacent lateral crystal growth regions in advance in actual manufacturing process of a semiconductor device, such crystalline lateral crystal growth region to be the active region has a desired value, and a distance W S between the line width W L and the linear region of the linear region It is desirable to set in advance. This makes it possible to reliably control and manage the low concentration of the crystallinity in the active region, thereby greatly improving the stability of the semiconductor element and further improving the performance.
【0099】本発明においては、線状領域の線幅WLと
線状領域間の間隔WSとにより活性領域の触媒元素濃度
を低濃度制御することが可能であり、これが非常に有効
であることは上述した通りである。ここで、以下のよう
なマスク膜により線状領域の線幅と線状領域間の間隔と
を制御する方法を用いてもよい。[0099] In the present invention, it is possible to control low concentration of a catalytic element concentration in the active region by a distance W S between the line width W L and the linear region of the linear region, this is a very effective This is as described above. Here, a method of controlling the line width of the linear region and the interval between the linear regions by using the following mask film may be used.
【0100】上記非晶質ケイ素膜の形成後、その上に所
定の間隔を開けて概ね平行に並んだ複数の線状開口部を
有するマスク膜を設け、そのマスク膜の上から上記触媒
元素を導入することにより該非晶質ケイ素膜に触媒元素
を選択的に導入する。そして、マスク膜を除去した後で
触媒元素が導入された線状領域からその周辺領域へと基
板表面に対して概ね平行な方向に結晶成長させる工程を
行う。After the formation of the amorphous silicon film, a mask film having a plurality of linear openings arranged substantially in parallel at predetermined intervals is provided thereon, and the catalyst element is coated on the mask film from above the mask film. By introducing the catalyst element, a catalytic element is selectively introduced into the amorphous silicon film. Then, after the mask film is removed, a step of performing crystal growth in a direction substantially parallel to the substrate surface from the linear region into which the catalytic element has been introduced to the peripheral region is performed.
【0101】ここで、従来の触媒元素選択導入による結
晶成長方法では、酸化ケイ素膜等のマスク膜を非晶質ケ
イ素膜上に設け、そのマスク膜の所定領域を開口させて
基板全面に触媒元素を添加し、そのまま結晶化のための
熱処理工程を行っていた。この熱処理工程によりマスク
膜開口部の触媒元素が結晶化を引き起こすが、その他の
マスク膜にカバーされた領域においてもマスク膜上には
触媒元素が存在している。このマスク膜上の触媒元素は
熱処理温度や時間、マスク膜の厚さや膜質等にも依存す
るが、熱処理工程中にマスク膜を拡散して下層のケイ素
膜にまで到達することがある。このような状態になる
と、本発明による活性領域中の触媒元素濃度の制御が困
難になるだけではなく、結晶成長に全く寄与しなかった
触媒元素が活性領域中に導入されることになり、半導体
装置の信頼性に大きく影響する。従って、本発明の効果
を充分に引き出すためには、マスク膜を用いて非晶質ケ
イ素膜に触媒元素を選択導入した後、マスク膜を除去し
てマスク膜上の触媒元素を完全に除去し、基板上におい
て触媒元素の選択導入領域以外に触媒元素が存在しない
状態とした後で加熱処理を行って非晶質ケイ素膜の横方
向結晶成長を行うのが望ましい。Here, in the conventional crystal growth method by selective introduction of a catalyst element, a mask film such as a silicon oxide film is provided on an amorphous silicon film, a predetermined region of the mask film is opened, and the catalyst element is formed on the entire surface of the substrate. And a heat treatment process for crystallization was performed as it was. Although the catalyst element in the opening of the mask film causes crystallization by this heat treatment step, the catalyst element exists on the mask film even in other regions covered by the mask film. The catalytic element on the mask film depends on the heat treatment temperature and time, the thickness and film quality of the mask film, etc., but may diffuse into the mask film and reach the lower silicon film during the heat treatment step. In such a state, not only is it difficult to control the concentration of the catalyst element in the active region according to the present invention, but also a catalyst element that has not contributed to the crystal growth at all is introduced into the active region, It greatly affects the reliability of the device. Therefore, in order to sufficiently bring out the effects of the present invention, after selectively introducing a catalytic element into the amorphous silicon film using a mask film, the mask film is removed to completely remove the catalytic element on the mask film. It is preferable that the heat treatment is performed after the catalytic element is not present in the region other than the selective introduction region of the catalytic element on the substrate to grow the lateral crystal of the amorphous silicon film.
【0102】本発明により作製される半導体装置は非常
に高性能なものであるが、さらにその移動度等の駆動特
性を向上するために、半導体装置の活性領域が形成され
る横方向結晶成長領域のケイ素膜に対してレーザー光等
のエネルギービームを照射してケイ素膜の結晶性をさら
に助長する工程を行うのが望ましい。Although the semiconductor device manufactured according to the present invention has a very high performance, the lateral crystal growth region in which the active region of the semiconductor device is formed in order to further improve the driving characteristics such as the mobility. It is desirable to perform a step of irradiating the silicon film with an energy beam such as a laser beam to further promote the crystallinity of the silicon film.
【0103】結晶性ケイ素膜にエネルギービームを照射
すると、結晶性ケイ素膜と非晶質ケイ素膜との融点の相
違から、結晶粒界部が集中的に処理される。ここで、通
常の固相成長方法で形成した結晶性ケイ素膜では、結晶
構造が双晶状態であるため、レーザー光照射後も結晶粒
界内部が双晶欠陥として残る。これに対して、本発明の
触媒元素を導入して結晶化した結晶性ケイ素膜は柱状結
晶で構成されており、その内部が単結晶状態であるた
め、レーザー光や強光の照射により結晶粒界部が処理さ
れると基板全面にわたって単結晶状態に近い良質の結晶
性ケイ素膜が得られる。従って、本発明において、横方
向結晶成長領域のケイ素膜に対してエネルギービームを
照射してケイ素膜の結晶性をさらに助長する工程を行う
ことにより、得られる半導体素子の移動度等の電流駆動
能力を飛躍的に向上させることができ、より高性能な半
導体装置を作製可能となる。When the crystalline silicon film is irradiated with an energy beam, the crystal grain boundary is intensively treated due to the difference in melting point between the crystalline silicon film and the amorphous silicon film. Here, in a crystalline silicon film formed by a normal solid-phase growth method, the crystal structure is in a twin state, so that the inside of a crystal grain boundary remains as a twin defect even after laser irradiation. On the other hand, the crystalline silicon film crystallized by introducing the catalytic element of the present invention is composed of columnar crystals, and the inside thereof is in a single crystal state, so that the crystal grains are irradiated by laser light or strong light. When the boundary portion is processed, a high-quality crystalline silicon film close to a single crystal state can be obtained over the entire surface of the substrate. Therefore, in the present invention, by performing a step of irradiating the silicon film in the lateral crystal growth region with an energy beam to further promote the crystallinity of the silicon film, the current driving capability such as the mobility of the obtained semiconductor element is obtained. Can be dramatically improved, and a higher-performance semiconductor device can be manufactured.
【0104】ここで、上記エネルギービームを照射して
ケイ素膜の結晶性をさらに助長する工程は、触媒元素の
選択導入領域や横方向結晶成長がぶつかり合った領域
等、触媒元素が高濃度に局在している領域を除去し、半
導体素子となる活性領域を島状に形成した後で行うのが
望ましい。その理由は、以下の通りである。Here, the step of further stimulating the crystallinity of the silicon film by irradiating the energy beam is carried out in such a manner that the catalytic element is concentrated at a high concentration, such as a selective introduction region of the catalytic element or a region where lateral crystal growth has collided. It is desirable to remove the existing region and form the active region to be a semiconductor element in an island shape. The reason is as follows.
【0105】上記工程を結晶化工程直後に行うと、基板
上に触媒元素が高濃度に局在している領域が存在するた
め、これらの領域から活性領域となる横方向結晶成長領
域への触媒元素の再拡散やオートドープ等が発生するか
らである。この場合、触媒元素の濃度制御の効果が低減
し、半導体素子特性の信頼性低下が生じる。従って、本
発明において、エネルギービームを照射してケイ素膜の
結晶性をさらに助長する工程は、触媒元素が高濃度に局
在している領域を除去して、半導体素子となる活性領域
を形成した後で行うのが望ましい。If the above step is performed immediately after the crystallization step, there are regions where the catalytic element is localized at a high concentration on the substrate. This is because element re-diffusion and auto doping occur. In this case, the effect of controlling the concentration of the catalytic element is reduced, and the reliability of the semiconductor element characteristics is reduced. Therefore, in the present invention, the step of further stimulating the crystallinity of the silicon film by irradiating the energy beam was performed by removing a region where the catalytic element was localized at a high concentration to form an active region to be a semiconductor element. It is desirable to do it later.
【0106】上記エネルギービームとして波長500n
m以下の強光を用いれば、ケイ素膜に対する吸収係数が
極めて高く、ガラス基板に熱的ダメージを与えることな
くケイ素膜のみを瞬時に加熱することができるので望ま
しい。また、レーザー光を用いた場合、ケイ素膜を瞬時
に融点1414℃で加熱するだけの高出力化が可能とな
るので望ましい。特に、エキシマレーザー光は出力が大
きいため、基板照射時のビームサイズを大きくでき、大
面積基板に対応しやすく、さらに出力も比較的安定して
いるので良酸装置に適用する上で望ましい。従って、上
記エネルギービームとしては、波長400nm以下のエ
キシマレーザーを用いるのが最も望ましい。The energy beam has a wavelength of 500 n.
The use of strong light of m or less is desirable because the absorption coefficient for the silicon film is extremely high, and only the silicon film can be instantaneously heated without thermally damaging the glass substrate. In addition, when laser light is used, it is desirable because it is possible to increase the output by simply heating the silicon film at a melting point of 1414 ° C. In particular, since the excimer laser beam has a large output, the beam size upon irradiating the substrate can be increased, it is easy to cope with a large-area substrate, and the output is relatively stable. Therefore, it is most desirable to use an excimer laser having a wavelength of 400 nm or less as the energy beam.
【0107】(実施形態1)以下に本発明の実施形態1
について説明する。本実施形態1では、ガラス基板上に
複数のN型TFT(薄膜トランジスタ)を設けた液晶表
示装置用アクティブマトリクス基板に本発明を適用した
例について説明する。(Embodiment 1) Embodiment 1 of the present invention will be described below.
Will be described. In the first embodiment, an example in which the present invention is applied to an active matrix substrate for a liquid crystal display device in which a plurality of N-type TFTs (thin film transistors) are provided on a glass substrate will be described.
【0108】図7は実施形態1のアクティブマトリクス
基板及びその製造方法を説明するための平面図であり、
図8は図7におけるTFT部分の断面図である。尚、図
7(A)〜図7(E)及び図8(A)〜図8(F)は、
本実施形態のアクティブマトリクス基板の製造方法を工
程順に示している。実際には、本実施形態のアクティブ
マトリクス基板には数十万個以上のN型TFTが形成さ
れるが、図7では3行×4列の12個のTFTに簡略化
して示してある。また、図8において、触媒元素導入部
100と、TFTのチャネル及びソース・ドレイン方向
との配置は、図7のTFT配置と90゜異なっている
が、その理由は説明を行い易くするためであり、実際に
TFTの方向が90゜異なっていても本発明の効果を損
なうことはない。FIG. 7 is a plan view for explaining the active matrix substrate of Embodiment 1 and a method for manufacturing the same.
FIG. 8 is a sectional view of the TFT portion in FIG. 7 (A) to 7 (E) and FIGS. 8 (A) to 8 (F)
The manufacturing method of the active matrix substrate of the present embodiment is shown in the order of steps. Actually, hundreds of thousands or more N-type TFTs are formed on the active matrix substrate of the present embodiment. However, in FIG. 7, the TFTs are simplified to 12 TFTs of 3 rows × 4 columns. Also, in FIG. 8, the arrangement of the catalyst element introduction portion 100 and the channel and source / drain directions of the TFT is different from the TFT arrangement of FIG. 7 by 90 °, for the sake of easy explanation. Even if the direction of the TFT is actually different by 90 °, the effect of the present invention is not impaired.
【0109】図7(E)及び図8(F)に示すように、
本実施形態1のアクティブマトリクス基板はN型TFT
121を複数備えており、TFT121は、ガラス基板
101上に酸化ケイ素膜等の絶縁性下地膜102を介し
て形成されている。絶縁性下地膜102上には、TFT
121を構成する島状の結晶性ケイ素膜103iが形成
されている。この結晶性ケイ素膜103iの中央部分
は、チャネル領域111となっており、その両側部分
は、ソース・ドレイン領域112、113となってい
る。チャネル領域111上には、ゲート絶縁膜108を
介してアルミニウム等からなるゲート電極109が設け
られている。ゲート電極109の表面は酸化物層110
により被覆されている。TFT121はその全面が層間
絶縁膜115により覆われており、層間絶縁膜115に
おいてソース・ドレイン領域112、113に対応する
部分には、コンタクトホール115aが形成されてい
る。ソース・ドレイン領域112、113はこのコンタ
クトホール115aを介して電極配線116、117に
接続されている。As shown in FIGS. 7 (E) and 8 (F),
The active matrix substrate of the first embodiment is an N-type TFT
A plurality of TFTs 121 are provided, and the TFT 121 is formed on a glass substrate 101 via an insulating base film 102 such as a silicon oxide film. On the insulating base film 102, a TFT
An island-shaped crystalline silicon film 103i constituting 121 is formed. The central portion of the crystalline silicon film 103i is a channel region 111, and both side portions are source / drain regions 112 and 113. A gate electrode 109 made of aluminum or the like is provided on the channel region 111 with a gate insulating film 108 interposed therebetween. The surface of the gate electrode 109 has an oxide layer 110
Coated with The entire surface of the TFT 121 is covered with an interlayer insulating film 115, and contact holes 115a are formed in portions of the interlayer insulating film 115 corresponding to the source / drain regions 112 and 113. The source / drain regions 112 and 113 are connected to the electrode wirings 116 and 117 via the contact holes 115a.
【0110】そして、本実施形態1では、TFTのチャ
ネル領域111及びソース・ドレイン領域112、11
3となる結晶性ケイ素膜103iは、所定の間隔を開け
て並列に並んだ複数本の線状領域100に非晶質ケイ素
膜103の結晶化を助長する触媒元素を選択的に導入
し、加熱処理によってその線状領域100からその周辺
領域へ基板表面に平行な方向106に結晶成長させたも
のであって、隣接する2本の線状領域(触媒元素導入領
域)100、100に挟まれた横方向結晶成長領域から
なる。In the first embodiment, the channel region 111 and the source / drain regions 112 and 11 of the TFT are provided.
The crystalline silicon film 103i to be 3 is formed by selectively introducing a catalyst element that promotes crystallization of the amorphous silicon film 103 into a plurality of linear regions 100 arranged in parallel at a predetermined interval, and The crystal is grown from the linear region 100 to the peripheral region in the direction 106 parallel to the substrate surface by the processing, and is sandwiched between two adjacent linear regions (catalyst element introduction regions) 100, 100. It consists of a lateral crystal growth region.
【0111】このアクティブマトリクス基板は、例えば
以下のようにして作製することができる。The active matrix substrate can be manufactured, for example, as follows.
【0112】まず、図8(A)に示すように、ガラス基
板101上に例えばスパッタリング法によって厚さ30
0nm程度の酸化ケイ素からなる下地膜102を形成す
る。この下地膜102は、ガラス基板101から不純物
が拡散するのを防ぐために設けられる。First, as shown in FIG. 8A, a thickness of 30 mm is formed on a glass substrate 101 by, for example, a sputtering method.
A base film 102 of about 0 nm made of silicon oxide is formed. The base film 102 is provided to prevent impurities from diffusing from the glass substrate 101.
【0113】次に、減圧CVD法又はプラズマCVD法
によって、厚さ25nm〜100nm、例えば50nm
の真性(I型)の非晶質ケイ素膜(a−Si膜)103
を成膜する。Next, by a low pressure CVD method or a plasma CVD method, the thickness is 25 nm to 100 nm, for example, 50 nm.
Intrinsic (I-type) amorphous silicon film (a-Si film) 103
Is formed.
【0114】続いて、そのa−Si膜103上に酸化ケ
イ素膜又は窒化ケイ素膜等の絶縁性薄膜を堆積する。こ
の絶縁性薄膜は、後述する触媒元素導入時においてマス
ク膜104となるものであり、本実施形態1においては
TEOS(Tetra Ethoxy Ortho S
ilicate)を原料として酸素と共にRFプラズマ
CVD法により分解・堆積した酸化ケイ素膜を用いた。
この酸化ケイ素膜の厚さは50nm〜250nmである
のが望ましく、それよりも薄いと触媒元素が下層まで拡
散し、それよりも厚いと結晶成長が良好に行えなくな
る。本実施形態1では酸化ケイ素膜の厚さを150nm
とした。Subsequently, an insulating thin film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is deposited on the a-Si film 103. This insulating thin film becomes the mask film 104 when a catalyst element described later is introduced. In the first embodiment, the insulating thin film is TEOS (Tetra Ethoxy Ortho S.E.).
A silicon oxide film decomposed and deposited by RF plasma CVD together with oxygen was used as a raw material.
The thickness of the silicon oxide film is desirably 50 nm to 250 nm. If the thickness is smaller than this, the catalytic element diffuses to the lower layer. If the thickness is larger than that, crystal growth cannot be performed well. In the first embodiment, the thickness of the silicon oxide film is set to 150 nm.
And
【0115】その後、a−Si膜103上の絶縁性薄膜
をパターニングしてマスク膜104を形成する。このマ
スク膜104のスルーホールを介して、スリット状にa
−Si膜103が露呈される。即ち、図8(A)の状態
を上面から見ると、図7(A)に示すようにa−Si膜
103が互いに間隔を開けて並列に並んだ複数本の線状
領域100において、マスク膜104のスルーホールに
よりスリット状に露呈しており、他の部分はマスクされ
ている状態となっている。Thereafter, the insulating thin film on the a-Si film 103 is patterned to form a mask film 104. Through the through holes of the mask film 104, a
-The Si film 103 is exposed. That is, when the state shown in FIG. 8A is viewed from above, the mask film is formed in a plurality of linear regions 100 in which the a-Si films 103 are arranged in parallel at intervals as shown in FIG. It is exposed in a slit shape by the through hole 104, and the other portions are in a masked state.
【0116】ここで、後の工程で触媒元素導入領域とな
る線状のスルーホールの線幅WLとスルーホール間の間
隔WSとの比WS/WLを、後に形成されるTFT121
の活性領域103iの結晶性及び膜中触媒元素濃度が所
望の状態となるように予め設定しておく。具体的なWS
/WLの値としては、2.5以上40以下であるのが望
ましく、さらに望ましくは5以上30以下である。本実
施形態では、各スリット状スルーホールの線幅WLを1
0μm、各スルーホール間の間隔WSを150μmとし
てWS/WLを15に設定した。[0116] TFT121 Here, the ratio W S / W L between the distance W S between the line width W L and the through hole of the linear through holes serving as a catalyst element introduction region in a later step, to be formed later
Is set in advance so that the crystallinity of the active region 103i and the concentration of the catalytic element in the film are in a desired state. Specific WS
The value of / W L, preferably not less 2.5 or more and 40 or less, and more preferably is 5 or more and 30 or less. In the present embodiment, the line width W L of the slit-shaped through-holes 1
W S / W L was set to 15 at 0 μm and the interval W S between the through holes was set to 150 μm.
【0117】次に、図8(A)に示すように、a−Si
膜103表面が露呈している領域100にニッケル10
5を溶かしたエタノール溶液が接するように基板101
を保持する。本実施形態では、溶質として酢酸ニッケル
を用い、エタノール溶液中のニッケル濃度が10ppm
となるようにした。Next, as shown in FIG. 8A, a-Si
Nickel 10 is applied to an area 100 where the surface of the film 103 is exposed.
5 so that the ethanol solution in which
Hold. In this embodiment, nickel acetate is used as the solute, and the nickel concentration in the ethanol solution is 10 ppm.
It was made to become.
【0118】続いて、スピナーにより溶液を基板101
上に均一に延ばして乾燥させることにより、基板101
表面(酸化ケイ素からなるマスク膜104の表面とa−
Si膜103が露呈している領域100の表面)にニッ
ケル105を微量添加する。この工程により、領域10
0で露呈しているa−Si膜103部分に選択的にニッ
ケルが導入されたことになる。そして、これを不活性雰
囲気下、例えば窒素雰囲気下、400℃〜550℃の温
度で数分から30分のプレアニール処理を施す。本実施
形態では500℃にて10分の熱処理を行った。Subsequently, the solution was applied to the substrate 101 by a spinner.
The substrate 101 is spread evenly on top and dried.
Surface (the surface of the mask film 104 made of silicon oxide and a-
A small amount of nickel 105 is added to the surface of the region 100 where the Si film 103 is exposed. By this step, the region 10
That is, nickel is selectively introduced into the portion of the a-Si film 103 exposed at 0. Then, this is subjected to a pre-annealing treatment in an inert atmosphere, for example, a nitrogen atmosphere at a temperature of 400 ° C. to 550 ° C. for several minutes to 30 minutes. In this embodiment, the heat treatment is performed at 500 ° C. for 10 minutes.
【0119】このプレアニールの際に、領域100にお
いては図8(B)に示すように、a−Si膜103表面
に添加されたニッケル105のシリサイド化又はケイ素
膜103の選択結晶化が起こる。そして、上記500
℃、10分のプレアニール処理によって、領域100に
は残存a−Si成分を含んだ結晶性ケイ素膜103aが
形成される。一方、このアニール条件ではマスク膜10
4上のニッケル105はマスク膜104に阻まれて下層
のa−Si層に到達することはできないため、領域10
0以外の領域では結晶成長が起こらずに非晶質状態のま
まa−Si領域103dとして残される。At the time of this pre-annealing, as shown in FIG. 8B, in the region 100, silicidation of nickel 105 added to the surface of the a-Si film 103 or selective crystallization of the silicon film 103 occur. And the above 500
By the pre-annealing at 10 ° C. for 10 minutes, a crystalline silicon film 103 a containing the remaining a-Si component is formed in the region 100. On the other hand, under these annealing conditions, the mask film 10
4 cannot be reached by the mask film 104 and reach the underlying a-Si layer.
In regions other than 0, crystal growth does not occur and the region is left as an a-Si region 103d in an amorphous state.
【0120】その後、マスク膜104として用いた酸化
ケイ素膜104をエッチング除去する。このときのエッ
チングは、エッチング液(エッチャント)としては下層
のケイ素膜103との間に充分選択性を有する1:10
のバッファードフッ酸(BHF)を用いてウェットエッ
チングにより行った。Thereafter, the silicon oxide film 104 used as the mask film 104 is removed by etching. The etching at this time has a sufficient selectivity with respect to the underlying silicon film 103 as an etchant (etchant).
Was performed by wet etching using buffered hydrofluoric acid (BHF).
【0121】次に、再び基板101に対して不活性雰囲
気下、例えば窒素雰囲気下、540℃〜620℃の温度
で数時間から数十時間の加熱処理を施す。本実施形態で
は一例として580℃にて5時間の処理を行った。Next, the substrate 101 is again subjected to a heat treatment in an inert atmosphere, for example, a nitrogen atmosphere at a temperature of 540 ° C. to 620 ° C. for several hours to several tens of hours. In the present embodiment, as an example, the treatment is performed at 580 ° C. for 5 hours.
【0122】この加熱処理によって、先に選択結晶化さ
れた領域100(103a)が充分に結晶化され、図8
(C)に矢印106で示すように、領域100からその
周辺領域に横方向(基板と平行な方向)に結晶成長が行
われる。By this heat treatment, the region 100 (103a) previously selectively crystallized is sufficiently crystallized.
As shown by an arrow 106 in (C), crystal growth is performed in a lateral direction (a direction parallel to the substrate) from the region 100 to a peripheral region thereof.
【0123】ここで、図7(A)に示すように、ニッケ
ルが選択導入された線状領域100に挟まれた領域で
は、横方向結晶成長した結晶性ケイ素膜103bが形成
され、最終的には別々の導入領域から成長してきた結晶
性ケイ素膜103b同士がぶつかり合って結晶粒界10
3eが形成される。最も外側に存在する線状領域100
の外側の領域においても、横方向結晶成長が行って結晶
性ケイ素膜103cが形成される。その成長が到達しな
い外側の領域はそのまま非晶質ケイ素膜領域103dと
して残され、横方向結晶成長ケイ素膜103cと非晶質
ケイ素膜領域103dとの境界が成長先端103fとな
る。Here, as shown in FIG. 7A, in a region sandwiched between the linear regions 100 into which nickel is selectively introduced, a crystalline silicon film 103b formed by lateral crystal growth is formed. The crystalline silicon films 103b grown from different introduction regions collide with each other, and
3e is formed. The outermost linear region 100
Also in the region outside the region, the lateral crystal growth is performed, and the crystalline silicon film 103c is formed. The outer region where the growth does not reach is left as it is as the amorphous silicon film region 103d, and the boundary between the lateral crystal growth silicon film 103c and the amorphous silicon film region 103d becomes the growth tip 103f.
【0124】ここで、図8に示したTFT121は、図
7における紙面上最も右側のラインのTFTであり、図
8(C)に示した線状領域100は最も右側のラインの
線状領域である。この図8(C)に示した線状領域に
は、紙面上左側に別の線状領域100が存在するが右側
には線状領域が存在しないようになっている。従来にお
いては横方向結晶成長領域は区別されなかったのである
が、本発明においては少なくとも2本の線状領域10
0、100間に挟まれた内側の領域103bと外側の領
域103cとを区別する。その理由は、先述したよう
に、内側領域103bと外側領域103cとでは結晶状
態が異なり、結晶性及び結晶成長速度も異なっているか
らである。Here, the TFT 121 shown in FIG. 8 is the TFT on the rightmost line on the paper of FIG. 7, and the linear region 100 shown in FIG. 8C is a linear region of the rightmost line. is there. In the linear region shown in FIG. 8C, another linear region 100 exists on the left side of the drawing, but no linear region exists on the right side. Conventionally, the lateral crystal growth regions are not distinguished, but in the present invention, at least two linear regions 10 are formed.
The inner region 103b and the outer region 103c sandwiched between 0 and 100 are distinguished. This is because, as described above, the inner region 103b and the outer region 103c have different crystal states, different crystallinities, and different crystal growth rates.
【0125】この加熱処理で得られる結晶成長距離(矢
印106で示される基板と平行な方向の結晶成長距離)
は、内側領域103bでは隣接する結晶成長がぶつかる
距離である75μm以上であるが、外側領域103cで
は40μm程度しか成長していなかった。また、後で活
性領域が形成される内側領域103b中のニッケル元素
濃度はSIMS測定によれば5×1016atoms/c
m3程度で、従来に比べて1桁近く低い値となってお
り、充分に低濃度制御が行われていた。Crystal growth distance obtained by this heat treatment (crystal growth distance in the direction parallel to the substrate indicated by arrow 106)
Is 75 μm or more, which is the distance between adjacent crystal growths in the inner region 103b, but only 40 μm in the outer region 103c. According to SIMS measurement, the nickel element concentration in the inner region 103b where the active region is formed later is 5 × 10 16 atoms / c.
At about m 3 , the value is almost one digit lower than the conventional value, and the low density control was sufficiently performed.
【0126】この状態の基板101に対して、フッ酸
0.5%、過酸化水素0.5%を含む常温の水溶液に約
1時間浸漬して、ニッケルの存在状態を調べたところ、
導入領域103a、成長境界部103e、103fには
ニッケルによるエッチング微小穴が見られたが、横方向
結晶成長させた領域103b、103cではいずれもニ
ッケルの存在が全く確認できなかった。The substrate 101 in this state was immersed in an aqueous solution containing 0.5% of hydrofluoric acid and 0.5% of hydrogen peroxide at room temperature for about 1 hour, and the state of nickel was examined.
Micro-etched holes made of nickel were found in the introduction region 103a and the growth boundaries 103e and 103f, but the presence of nickel was not confirmed at all in the regions 103b and 103c where lateral crystal growth was performed.
【0127】さらに、活性領域となる内側領域103b
における横方向結晶成長ケイ素膜の結晶性をラマン分光
法により評価したところ、そのラマンピーク半値全幅で
5.5cm-1程度であり、良好な結晶状態が安定して得
られていることがわかった。一般に、ニッケルを用いな
い通常の固相成長法により形成されたケイ素膜において
はラマンピーク半値全幅が7cm-1程度であり、それに
比べて本実施形態の横方向結晶成長ケイ素膜103bは
非常に高い結晶性を有している。Further, an inner region 103b serving as an active region
The crystallinity of the laterally-grown silicon film was evaluated by Raman spectroscopy. The Raman peak full width at half maximum was about 5.5 cm −1 , indicating that a good crystal state was stably obtained. . Generally, a silicon film formed by a normal solid phase growth method without using nickel has a Raman peak full width at half maximum of about 7 cm -1 , and the lateral crystal growth silicon film 103b of the present embodiment is much higher than that. It has crystallinity.
【0128】続いて、不要な部分の非晶質ケイ素膜10
3を除去して素子間分離を行う。この工程により、図7
(B)に示すように、横方向結晶成長ケイ素膜103b
を用いて後にTFTの活性領域(ソース・ドレイン領域
112、113及びチャネル領域11)となる島状の結
晶性ケイ素膜103iが形成され、図7(C)及び図8
(D)の状態が得られる。ここで重要なことは、活性領
域のケイ素膜103iとして、2本の線状領域100、
100間に挟まれた横方向結晶成長領域103bを用い
ることである。即ち、ニッケル導入部103a、成長境
界部103e、成長先端部103fは、上記ニッケルの
存在状態を調べた実験からもわかるように、高濃度のニ
ッケルが局在しているため素子領域としては用いずに完
全に除去してしまう。そして、導入領域の外側の横方向
結晶成長領域103cも、活性領域としては全く用いな
いようにする。従って、素子領域103iは図7(B)
に示すように配置され、全ての素子の活性領域は両側の
ニッケル導入領域100に挟まれた横方向結晶成長領域
103bを用いて形成される。Subsequently, unnecessary portions of the amorphous silicon film 10 are removed.
3 is removed to perform element isolation. By this step, FIG.
As shown in (B), the lateral crystal growth silicon film 103b
Is used to form an island-shaped crystalline silicon film 103i which will later become the active region (source / drain regions 112 and 113 and channel region 11) of the TFT, as shown in FIGS.
The state of (D) is obtained. What is important here is that the silicon film 103i of the active region has two linear regions 100,
This is to use the lateral crystal growth region 103b sandwiched between the 100. That is, the nickel-introduced portion 103a, the growth boundary portion 103e, and the growth tip portion 103f are not used as element regions because high-concentration nickel is localized, as can be seen from the experiment in which the state of nickel was examined. Completely removed. Also, the lateral crystal growth region 103c outside the introduction region is not used at all as the active region. Therefore, the element region 103i is shown in FIG.
The active regions of all the devices are formed using the lateral crystal growth region 103b sandwiched between the nickel-introduced regions 100 on both sides.
【0129】その後、活性領域となる結晶性ケイ素膜1
03iを覆うように厚さ20nm〜150nm、ここで
は100nmの酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜108とし
て成膜する。ここで、酸化ケイ素膜の形成は、TEOS
(Tetra EthoxyOrtho Silica
te)を原料とし、これを酸素と共に基板温度150℃
〜600℃、好ましくは300℃〜450℃で、RFプ
ラズマCVD法により分解・堆積して行った。尚、この
酸化ケイ素膜は、TEOSを原料とし、これをオゾンガ
スと共に減圧CVD法又は常圧CVD法によって、基板
温度を350℃〜650℃、好ましくは400℃〜55
0℃で処理して形成してもよい。この成膜後、ゲート絶
縁膜108自身のバルク特性及び結晶性ケイ素膜とゲー
ト絶縁膜との界面特性を向上するために、不活性ガス雰
囲気下で400℃〜600℃で30分〜60分のアニー
ルを行う。Thereafter, the crystalline silicon film 1 serving as an active region is formed.
A silicon oxide film having a thickness of 20 nm to 150 nm, here 100 nm, is formed as the gate insulating film 108 so as to cover 03i. Here, the silicon oxide film is formed by TEOS
(Tetra Ethoxy Ortho Silica
te) as a raw material, and the substrate temperature is 150 ° C.
It was performed by decomposing and depositing at -600 ° C, preferably 300-450 ° C by RF plasma CVD. The silicon oxide film is made of TEOS as a raw material, and the substrate temperature is set to 350 ° C. to 650 ° C., preferably 400 ° C. to 55 ° C. by a reduced pressure CVD method or a normal pressure CVD method together with ozone gas.
It may be formed by processing at 0 ° C. After this film formation, in order to improve the bulk characteristics of the gate insulating film 108 itself and the interface characteristics between the crystalline silicon film and the gate insulating film, at 400 ° C. to 600 ° C. for 30 minutes to 60 minutes in an inert gas atmosphere. Annealing is performed.
【0130】次に、図8(E)に示すように、スパッタ
リング法によって厚さ400nm〜800nm、例えば
600nmのアルミニウムを成膜する。そして、アルミ
ニウム膜をパターニングしてゲート電極109を形成す
る。ゲート電極109は図7(D)に示すように、平面
的にはゲートバスライン109を同時に構成している。
さらに、このアルミニウム電極の表面を陽極酸化して表
面に酸化物層110を形成する。この陽極酸化は、酒石
酸が1%〜5%含まれたエチレングリコール溶液中で行
い、最初一定電流で220Vまで電圧を上げ、その状態
を1時間保持して処理を終了させた。得られた酸化物層
110の厚さは200nmであった。尚、この酸化物層
110の膜厚は、後のイオンドーピング工程においてオ
フセットゲート領域を規定する長さとなるので、オフセ
ットゲート領域の長さを上記陽極酸化工程で決めること
ができる。Next, as shown in FIG. 8E, an aluminum film having a thickness of 400 nm to 800 nm, for example, 600 nm is formed by a sputtering method. Then, the gate electrode 109 is formed by patterning the aluminum film. As shown in FIG. 7D, the gate electrode 109 simultaneously constitutes the gate bus line 109 in plan view.
Further, the surface of the aluminum electrode is anodized to form an oxide layer 110 on the surface. This anodization was performed in an ethylene glycol solution containing tartaric acid at 1% to 5%, and the voltage was first increased to 220 V at a constant current, and the state was maintained for 1 hour to terminate the treatment. The thickness of the obtained oxide layer 110 was 200 nm. Note that the thickness of the oxide layer 110 is a length that defines the offset gate region in the subsequent ion doping process, so that the length of the offset gate region can be determined in the anodic oxidation process.
【0131】続いて、イオンドーピング法によって、ゲ
ート電極109とその周囲の酸化物層110をマスクと
して活性領域に不純物(リン)を注入する。ドーピング
ガスとしてはフォスフィン(PH3)を用い、加速電圧
を60kV〜90kV、例えば80kV、ドーズ量を1
×1015cm-2〜8×1015cm-2、例えば2×1015
cm-2とする。この工程により、不純物が注入された領
域112と113は後にTFTのソース・ドレイン領域
となり、ゲート電極109及びその周囲の酸化層110
にマスクされて不純物が注入されない領域111は、後
にTFTのチャネル領域となる。Subsequently, an impurity (phosphorus) is implanted into the active region by ion doping using the gate electrode 109 and the surrounding oxide layer 110 as a mask. Phosphine (PH 3 ) is used as the doping gas, the acceleration voltage is 60 kV to 90 kV, for example, 80 kV, and the dose is 1
× 10 15 cm -2 to 8 × 10 15 cm -2 , for example, 2 × 10 15
cm -2 . By this step, the regions 112 and 113 into which the impurities are implanted later become the source / drain regions of the TFT, and the gate electrode 109 and the surrounding oxide layer 110
The region 111 to which the impurity is not implanted and which is masked later becomes a channel region of the TFT later.
【0132】その後、図8(E)に示すように、レーザ
ー光114の照射によってアニールを行い、イオン注入
した不純物の活性化を行うと同時に、上記不純物導入工
程で結晶性が劣化した部分の結晶性を改善させる。この
際、使用するレーザーとしてはXeClエキシマレーザ
ー(波長308nm、パルス幅40nsec)を用い、
エネルギー密度150mJ/cm2〜400mJ/c
m2、好ましくは200mJ/cm2〜250mJ/cm
2で照射を行う。こうして形成されたN型不純物(リ
ン)領域112、113のシート抵抗は、200〜80
0Ω/□であった。Thereafter, as shown in FIG. 8E, annealing is performed by irradiation with a laser beam 114 to activate the ion-implanted impurities and, at the same time, to crystallize the portion where the crystallinity has deteriorated in the impurity introducing step. Improve sex. At this time, a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 40 nsec) was used as a laser,
Energy density 150mJ / cm 2 ~400mJ / c
m 2 , preferably 200 mJ / cm 2 to 250 mJ / cm
Irradiation is performed in 2 . The N-type impurity (phosphorus) regions 112 and 113 thus formed have a sheet resistance of 200 to 80.
It was 0 Ω / □.
【0133】次に、厚さ600nm程度の酸化ケイ素膜
又は窒化ケイ素膜を層間絶縁膜115として形成する。
酸化ケイ素膜を用いる場合には、TEOSを原料とし
て、これと酸素とを用いたプラズマCVD法、あるいは
これとオゾンとを用いた減圧CVD法又は常圧CVD法
によって酸化ケイ素を堆積すれば、段差被覆性に優れた
良好な層間絶縁膜が得られる。また、SiH4とNH3を
原料ガスとしてプラズマCVD法で成膜された窒化ケイ
素膜を用いれば、活性領域/ゲート絶縁膜の界面へ水素
原子を供給して、TFT特性を劣化させる不対結合手を
低減する効果がある。Next, a silicon oxide film or a silicon nitride film having a thickness of about 600 nm is formed as the interlayer insulating film 115.
In the case of using a silicon oxide film, if a silicon oxide film is deposited by a plasma CVD method using TEOS as a raw material and oxygen, or a reduced pressure CVD method or a normal pressure CVD method using ozone and ozone, a step is formed. A good interlayer insulating film having excellent coverage can be obtained. In addition, when a silicon nitride film formed by a plasma CVD method using SiH 4 and NH 3 as a source gas is used, hydrogen atoms are supplied to the interface between the active region and the gate insulating film, and the unpaired bond that degrades TFT characteristics is provided. It has the effect of reducing hands.
【0134】次に、層間絶縁膜115に選択的なエッチ
ング処理を施してコンタクトホール115aを形成し
て、金属材料、例えば、窒化チタンとアルミニウムの二
層膜によってTFTのソース電極配線116を形成す
る。この際、窒化チタン膜は、アルミニウムが半導体層
に拡散するのを防止するためのバリア膜として設けられ
る。そして本TFT121は画素電極をスイッチングす
る素子であるので、もう一方のドレイン電極116には
ITO等の透明導電膜からなる画素電極117を形成す
る。これにより、図7(E)に示したソースバスライン
116を介してビデオ信号が供給され、ゲートバスライ
ン109のゲート信号に基づいてが117に必要な電荷
が書き込まれる。Next, a contact hole 115a is formed by selectively etching the interlayer insulating film 115, and a source electrode wiring 116 of the TFT is formed by a two-layer film of a metal material, for example, titanium nitride and aluminum. . At this time, the titanium nitride film is provided as a barrier film for preventing aluminum from diffusing into the semiconductor layer. Since the TFT 121 is an element for switching a pixel electrode, a pixel electrode 117 made of a transparent conductive film such as ITO is formed on the other drain electrode 116. Thus, a video signal is supplied through the source bus line 116 shown in FIG. 7E, and necessary charges are written to the gate 117 based on the gate signal of the gate bus line 109.
【0135】最後に、1気圧の水素雰囲気で350℃、
30分のアニールを行って、図8(F)に示すTFT1
21を完成させる。さらに、必要に応じてTFT121
を保護する目的で、TFT121上に窒化ケイ素膜等か
らなる保護膜を設けてもよい。Finally, at 350 ° C. in a hydrogen atmosphere of 1 atm.
After annealing for 30 minutes, the TFT 1 shown in FIG.
21 is completed. Further, if necessary, the TFT 121
In order to protect the TFT 121, a protective film made of a silicon nitride film or the like may be provided on the TFT 121.
【0136】このようにして得られるTFT121は、
電界効果移動度が100cm2/Vs程度で閾値電圧が
2.5V程度と非常に高性能であり、しかも、繰り返し
測定やバイアス又は温度ストレスによる耐久性試験を行
っても殆ど特性劣化が見られず、従来のものと比べて非
常に信頼性を高くすることができた。また、個々のTF
Tの性能は上記値に均一に揃っており、従来見られてい
たような横成長不良等による特性不均一は改善され、製
造歩留りを大幅に向上させることができた。さらに、触
媒元素が特に問題となるTFTオフ領域におけるリーク
電流についても、従来の10pA〜15pAに比べて5
pA程度にまで低減できた。The TFT 121 thus obtained is:
Very high performance with a field effect mobility of about 100 cm 2 / Vs and a threshold voltage of about 2.5 V, and hardly any deterioration in characteristics even after repeated measurements or durability tests by bias or temperature stress. The reliability was much higher than the conventional one. In addition, each TF
The performance of T was evenly uniform with the above values, and the non-uniformity of characteristics due to poor lateral growth and the like, which had been seen in the past, was improved, and the production yield was significantly improved. Further, the leakage current in the TFT off region where the catalytic element is particularly problematic is 5 times smaller than the conventional 10 pA to 15 pA.
It could be reduced to about pA.
【0137】さらに、本実施形態のアクティブマトリク
ス基板を用いて実際に点灯評価を行ったところ、画素欠
陥も極めて少なく、コントラスト比が高い高表示品位の
液晶表示装置が得られた。Further, when the lighting evaluation was actually performed using the active matrix substrate of this embodiment, a high-definition liquid crystal display device having a very low pixel defect and a high contrast ratio was obtained.
【0138】尚、本実施形態1では、基板上に数十万か
ら数百万のN型TFTを均一に作製する必要がある液晶
表示装置用アクティブマトリクス基板の画素駆動用TF
Tについて説明したが、この実施形態のTFTは、アク
ティブマトリクス型の液晶表示装置のドライバー回路や
画素部分を構成する素子として用いることができること
は勿論、薄膜集積回路としても利用することができる。
本実施形態のTFTを薄膜集積回路に用いる場合には、
ゲート電極109上にもコンタクトホールを形成し、必
要とする配線を施せばよい(実施形態2)以下に本発明
の実施形態2について説明する。本実施形態2では、ア
クティブマトリクス型の液晶表示装置における周辺駆動
回路や一般的な薄膜集積回路を構成するNTFTとPT
FTとをガラス基板上に相補的に形成したCMOS構造
の回路に本発明を適用した例について説明する。In the first embodiment, it is necessary to uniformly manufacture hundreds of thousands to millions of N-type TFTs on a substrate.
Although T has been described, the TFT of this embodiment can be used not only as a driver circuit of an active matrix type liquid crystal display device or as an element constituting a pixel portion, but also as a thin film integrated circuit.
When the TFT of this embodiment is used for a thin film integrated circuit,
A contact hole may be formed also on the gate electrode 109 and a necessary wiring may be provided (Embodiment 2) Hereinafter, Embodiment 2 of the present invention will be described. In the second embodiment, NTFT and PT constituting a peripheral driving circuit and a general thin film integrated circuit in an active matrix type liquid crystal display device are used.
An example in which the present invention is applied to a circuit having a CMOS structure in which an FT is formed complementarily on a glass substrate will be described.
【0139】図9は実施形態2のCMOS構造回路の製
造工程を説明するための平面図であり、図10は図9の
A−A’線による断面図である。尚、図10(A)〜図
10(E)は、本実施形態のCMOS構造回路の製造方
法を工程順に示している。FIG. 9 is a plan view for explaining a manufacturing process of the CMOS structure circuit according to the second embodiment, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. FIGS. 10A to 10E show a method of manufacturing a CMOS structure circuit according to the present embodiment in the order of steps.
【0140】図10(E)に示すように、本実施形態2
のCMOS構造回路において、N型TFT222とP型
TFT223とは各々ガラス基板201上に酸化ケイ素
膜等の絶縁性下地膜202を介して形成されている。絶
縁性下地膜202上には、上記各TFT222、223
を構成する島状の結晶性ケイ素膜(素子領域)203
n、203pが隣接して形成されている。この結晶性ケ
イ素膜203n、203pの中央部分は、各々Nチャネ
ル領域211n、Pチャネル領域211pとなってい
る。結晶性ケイ素膜203nにおけるNチャネル領域2
11nの両側部分はN型TFTのN型ソース・ドレイン
領域212n、213nとなっており、結晶性ケイ素膜
203pにおけるPチャネル領域211Pの両側部分は
P型TFTのP型ソース・ドレイン領域212p、21
3pとなっている。As shown in FIG. 10E, the second embodiment
In the CMOS structure circuit described above, an N-type TFT 222 and a P-type TFT 223 are formed on a glass substrate 201 via an insulating base film 202 such as a silicon oxide film. On the insulating base film 202, each of the TFTs 222, 223
Island-shaped crystalline silicon film (element region) 203 constituting
n and 203p are formed adjacent to each other. The central portions of the crystalline silicon films 203n and 203p are an N channel region 211n and a P channel region 211p, respectively. N channel region 2 in crystalline silicon film 203n
Both sides of 11n are N-type source / drain regions 212n and 213n of N-type TFT, and both sides of P-channel region 211P in crystalline silicon film 203p are P-type source / drain regions 212p and 21P of P-type TFT.
3p.
【0141】Nチャネル領域211n及びPチャネル領
域211pの上には、ゲート絶縁膜208を介してアル
ミニウム膜等からなるゲート電極209n、209pが
配設されている。また、TFT222、223は全面が
層間絶縁膜215により覆われており、層間絶縁膜21
5においてN型TFT222のソース・ドレイン領域2
12n、213nに対応する部分にはコンタクトホール
215nが、層間絶縁膜216においてP型TFT22
3のソース・ドレイン領域212p、213pに対応す
る部分にはコンタクトホール215pが形成されてい
る。そして、N型TFT222のソース・ドレイン領域
212n、213nはこのコンタクトホール215nを
介して電極配線218、219に接続されている。一
方、P型TFT222のソース・ドレイン領域212
p、213pはコンタクトホール215pを介して電極
配線218,219に接続されている。On the N channel region 211n and the P channel region 211p, gate electrodes 209n and 209p made of an aluminum film or the like are provided via a gate insulating film 208. The entire surface of the TFTs 222 and 223 is covered with the interlayer insulating film 215.
5, the source / drain region 2 of the N-type TFT 222
Contact holes 215n are formed in portions corresponding to 12n and 213n, and a P-type TFT 22 is formed in the interlayer insulating film 216.
Contact holes 215p are formed in portions corresponding to the third source / drain regions 212p and 213p. The source / drain regions 212n and 213n of the N-type TFT 222 are connected to the electrode wirings 218 and 219 through the contact holes 215n. On the other hand, the source / drain region 212 of the P-type TFT 222
p and 213p are connected to electrode wirings 218 and 219 via a contact hole 215p.
【0142】そして、本実施形態2では、素子領域20
3n、203pは、図9に示すように、所定の間隔を開
けて並列に並んだ複数本の線状領域200n、200p
に非晶質ケイ素膜203の結晶化を助長する触媒元素を
選択的に導入し、加熱処理によってその線状領域200
からその周辺領域へ基板表面に平行な方向206に結晶
成長させたものであって、2本の線状領域(触媒元素導
入領域)200n、200p間に挟まれた横方向結晶成
長領域からなる。In the second embodiment, the element region 20
3n and 203p are, as shown in FIG. 9, a plurality of linear regions 200n and 200p arranged in parallel at a predetermined interval.
Is selectively introduced with a catalytic element for promoting crystallization of the amorphous silicon film 203, and the linear region 200 is formed by heat treatment.
And its peripheral region in the direction 206 parallel to the substrate surface, and comprises a lateral crystal growth region sandwiched between two linear regions (catalyst element introduction regions) 200n and 200p.
【0143】このCMOS回路は、例えば以下のように
して作製することができる。This CMOS circuit can be manufactured, for example, as follows.
【0144】まず、図10(A)に示すように、ガラス
基板201上に、例えばCVD法やPVD法によって厚
さ300nm程度の酸化ケイ素からなる下地膜202を
形成する。First, as shown in FIG. 10A, a base film 202 made of silicon oxide having a thickness of about 300 nm is formed on a glass substrate 201 by, for example, a CVD method or a PVD method.
【0145】次に、減圧CVD法によって、厚さ25n
m〜100nm、例えば50nmの真性(I型)の非晶
質ケイ素膜(a−Si膜)203を成膜する。Next, a 25 n-thick
An intrinsic (I-type) amorphous silicon film (a-Si film) 203 having a thickness of m to 100 nm, for example, 50 nm is formed.
【0146】続いて、a−Si膜203上に感光性樹脂
(フォトレジスト)を塗布して露光・現像することによ
りフォトレジストマスク膜204を形成する。このマス
ク膜204のスルーホールにより、線状領域200nお
よび線状領域200pにおいてスリット状にa−Si膜
203が露呈される。即ち、図10(A)の状態を上面
から見ると、図9に示すように、領域200n及び20
0pでa−Si膜203が露呈しており、他の部分はマ
スク膜204によりマスクされている状態となってい
る。このように、本実施形態では、実施形態1のように
特別なマスク膜を形成する必要がなく、フォトレジスト
をマスク膜として触媒元素の選択導入を行うことができ
る。Subsequently, a photoresist resin (photoresist) is applied on the a-Si film 203, and is exposed and developed to form a photoresist mask film 204. The through holes in the mask film 204 expose the a-Si film 203 in a slit shape in the linear region 200n and the linear region 200p. That is, when the state of FIG. 10A is viewed from above, as shown in FIG.
At 0p, the a-Si film 203 is exposed, and the other portions are masked by the mask film 204. As described above, in the present embodiment, it is not necessary to form a special mask film as in the first embodiment, and the selective introduction of the catalytic element can be performed using the photoresist as the mask film.
【0147】ここで、後の工程で触媒元素導入領域とな
る線状のスルーホールの線幅WLとスルーホール間の間
隔WSとの比WS/WLを、後に形成されるTFT22
2、223の活性領域203n、203pの結晶性及び
膜中触媒元素濃度が所望の状態となるように予め設定し
ておく。具体的なWS/WLの値としては、2.5以上4
0以下であるのが望ましく、さらに望ましくは5以上3
0以下である。本実施形態では、各スリット状スルーホ
ールの線幅WLを10μm、各スルーホール間の間隔WS
を100μmとしてWS/WLを10に設定した。[0147] TFT22 Here, the ratio W S / W L between the distance W S between the line width W L and the through hole of the linear through holes serving as a catalyst element introduction region in a later step, to be formed later
The crystallinity of the 2,223 active regions 203n, 203p and the concentration of the catalytic element in the film are set in advance so as to be in a desired state. Specific values of W S / W L are 2.5 or more and 4
It is preferably 0 or less, more preferably 5 or more and 3 or more.
0 or less. In the present embodiment, 10 [mu] m line width W L of the slit-shaped through-holes, spacing W S between the through-holes
It was set the W S / W L to 10 as 100μm.
【0148】さらに、本実施形態では、図9に示すよう
に、1つの触媒元素導入領域から1つのTFTを作製す
るようにしているため、触媒元素が導入される線状領域
200n、200pの長辺方向の長さLも重要なパラメ
ータとなる。このLの値は150μm以上であるのが望
ましく、本実施形態ではTFTのサイズ(図9ではチャ
ネル幅)を考慮して200μmに設定した。Further, in this embodiment, as shown in FIG. 9, one TFT is manufactured from one catalyst element introduction region, so that the length of the linear regions 200n and 200p into which the catalyst element is introduced is increased. The length L in the side direction is also an important parameter. The value of L is desirably 150 μm or more. In the present embodiment, it is set to 200 μm in consideration of the size of the TFT (the channel width in FIG. 9).
【0149】上記マスク膜204を形成した後、図10
(A)に示すように、基板201表面にニッケル205
を薄膜蒸着する。本実施形態では、蒸着ソースと基板間
の距離を通常より大きくして蒸着レートを低下させるこ
とで、ニッケル薄膜205の厚さが1nmとなるように
制御した。このときの基板201上におけるニッケル2
05の面密度を実際に測定すると、4×1013atom
s/cm2程度であった。After the formation of the mask film 204, FIG.
As shown in FIG.
Is deposited in a thin film. In the present embodiment, the thickness of the nickel thin film 205 is controlled to be 1 nm by increasing the distance between the deposition source and the substrate to be larger than usual and reducing the deposition rate. The nickel 2 on the substrate 201 at this time
When the areal density of No. 05 was actually measured, it was 4 × 10 13 atoms
s / cm 2 .
【0150】次に、図10(B)に示すように、マスク
膜204を除去することによりマスク膜204上のニッ
ケル薄膜205がリフトオフされ、a−Si膜203の
領域200n及び領域200pにおいて選択的にニッケ
ル205の微量導入が行われたことになる。そして、不
活性雰囲気下、例えば加熱温度550℃で16時間アニ
ール処理を行うことにより領域200n、200pを結
晶化させる。Next, as shown in FIG. 10B, by removing the mask film 204, the nickel thin film 205 on the mask film 204 is lifted off, and selectively in the region 200n and the region 200p of the a-Si film 203. This means that a very small amount of nickel 205 has been introduced. Then, the regions 200n and 200p are crystallized by performing an annealing process in an inert atmosphere, for example, at a heating temperature of 550 ° C. for 16 hours.
【0151】この際、領域200n及び領域200pに
おいては、a−Si膜203表面に添加されたニッケル
を核として基板201に対して垂直方向に非晶質ケイ素
膜203の結晶化が起こり、結晶性ケイ素膜203aが
形成される。そして、領域200n及び領域200pの
周辺領域では、図9及び図10(B)に矢印206で示
すように、領域200n及び領域200pから横方向
(基板と平行な方向)に結晶成長が行われる。At this time, in the region 200n and the region 200p, the amorphous silicon film 203 is crystallized in the direction perpendicular to the substrate 201 with nickel added to the surface of the a-Si film 203 as a nucleus, A silicon film 203a is formed. Then, in the peripheral region of the region 200n and the region 200p, as shown by an arrow 206 in FIGS. 9 and 10B, crystal growth is performed from the region 200n and the region 200p in a lateral direction (a direction parallel to the substrate).
【0152】ここで、図9からわかるように、結晶成長
方向206は一次元的ではなく、四方に発散している。
そして、ニッケルが選択的に導入された線状領域200
nと200pとで挟まれた領域では、横方向結晶成長し
た結晶性ケイ素膜203bが形成され、最終的に領域2
00nと200pとから成長してきた横方向結晶成長領
域203bがぶつかり合って、結晶粒界203eが形成
される。ニッケルが選択的に導入された線状領域200
n、200pの外側でも横方向結晶成長が起こるが、そ
の結晶性及び結晶状態が内側の横方向結晶成長領域20
bに比べて劣った結晶性ケイ素膜203cとなる。さら
に、成長が到達しない外側の領域は、そのまま非晶質ケ
イ素膜領域203dとして残る。尚、従来においては、
このようなN型TFTとP型TFTとを相補的に有する
CMOS構造回路を作製する場合には、ニッケル導入領
域を各々のTFT間に1本だけ設けてその両側に横方向
結晶成長させたケイ素膜を用いてTFTの活性領域を形
成していたので、内側領域の良好な結晶状態を利用する
ことができなかった。As can be seen from FIG. 9, the crystal growth direction 206 is not one-dimensional but diverges in all directions.
Then, the linear region 200 in which nickel is selectively introduced is provided.
In a region sandwiched between n and 200p, a crystalline silicon film 203b formed by lateral crystal growth is formed.
The lateral crystal growth regions 203b grown from 00n and 200p collide with each other to form a crystal grain boundary 203e. Linear region 200 in which nickel is selectively introduced.
n, the lateral crystal growth also occurs outside of 200p, but the crystallinity and crystal state of the lateral crystal growth region 20 are inside.
The crystalline silicon film 203c is inferior to b. Further, the outer region where the growth does not reach remains as the amorphous silicon film region 203d. Conventionally,
In the case of manufacturing a CMOS structure circuit having such an N-type TFT and a P-type TFT in a complementary manner, only one nickel-introduced region is provided between each TFT, and silicon is laterally grown on both sides thereof. Since the active region of the TFT was formed using the film, the favorable crystal state of the inner region could not be used.
【0153】本実施形態における結晶成長距離(図9の
A−A’線上における横方向結晶成長距離)は内側の横
方向結晶成長領域203bでは隣同士の結晶成長がぶつ
かる50μm以上であるが、外側の横方向結晶成長領域
203cでは30μm程度しか成長していなかった。そ
して、成長途中、つまり内側の横方向結晶成長領域20
3b同士がぶつかるまでの間における内側領域203b
の成長端の状態を観察すると、ニッケルの選択的導入領
域200n、200pの長辺方向と平行状態となってい
る部分が70μm程度にわたって存在していることを確
認した。即ち、この領域が一次元成長が行われている領
域であり、これに対して本実施形態で作製予定のTFT
の同方向のサイズは50μmであるので、結晶性が良好
な部分を用いてTFTの活性領域を作製することが可能
となる。In this embodiment, the crystal growth distance (horizontal crystal growth distance on line AA ′ in FIG. 9) is 50 μm or more where adjacent crystal growths collide with each other in the inner horizontal crystal growth region 203b. Has grown only about 30 μm in the lateral crystal growth region 203c. Then, during the growth, that is, inside the lateral crystal growth region 20.
Inner area 203b until 3b hits each other
By observing the state of the growth end, it was confirmed that a portion parallel to the long side direction of the nickel selective introduction regions 200n and 200p was present over about 70 μm. That is, this region is a region where one-dimensional growth is performed, whereas the TFT to be manufactured in this embodiment is
Since the size in the same direction is 50 μm, an active region of a TFT can be manufactured using a portion having good crystallinity.
【0154】さらに、後に活性領域が形成される内側の
横方向結晶成長領域203b中のニッケル元素濃度は、
SIMS測定によれば5×1016atoms/cm3程
度であり、充分に低濃度制御が行われていた。Further, the nickel element concentration in the inner lateral crystal growth region 203b where the active region is to be formed later is:
According to the SIMS measurement, it was about 5 × 10 16 atoms / cm 3 , and the low concentration control was sufficiently performed.
【0155】この状態の基板201に対して、フッ酸
0.5%、過酸化水素0.5%を含む常温の水溶液に約
1時間浸漬して、ニッケルの存在状態を調べたところ、
導入領域203a、成長境界部203e、203fには
ニッケルによるエッチング微小穴が見られたが、横方向
結晶成長させた領域203b、203cではいずれもニ
ッケルの存在が全く確認できなかった。The substrate 201 in this state was immersed in an aqueous solution containing 0.5% of hydrofluoric acid and 0.5% of hydrogen peroxide at room temperature for about 1 hour, and the state of nickel was examined.
Microetched holes made of nickel were found in the introduction region 203a and the growth boundaries 203e and 203f, but no nickel could be confirmed in any of the regions 203b and 203c where lateral crystal growth was performed.
【0156】さらに、活性領域となる内側領域203b
における横方向結晶成長ケイ素膜の結晶性をラマン分光
法により評価したところ、そのラマンピーク半値全幅で
5.5cm-1程度であり、良好な結晶状態が安定して得
られていることがわかった。Further, an inner region 203b serving as an active region
The crystallinity of the laterally-grown silicon film was evaluated by Raman spectroscopy. The Raman peak full width at half maximum was about 5.5 cm −1 , indicating that a good crystal state was stably obtained. .
【0157】その後、図10(C)に示すように、後工
程でTFTの活性領域(素子領域)203n、203p
となる結晶性ケイ素膜を残し、それ以外の領域をエッチ
ング除去して素子間分離を行う。このとき、活性領域2
03n、203pは平面的には図9に示すように配置さ
れる。即ち、ニッケルの選択的導入領域200n、20
0pに挟まれた部分の横方向結晶成長ケイ素膜203b
を用いて後にTFTの活性領域(ソース・ドレイン領域
及びチャネル領域)となる島状の結晶性ケイ素膜203
n、203pが形成され、ニッケル導入部203a、成
長境界部203e、成長先端部203fは、活性領域と
しては用いずに完全に除去してしまう。そして、導入領
域の外側の横方向結晶成長領域203cも、活性領域と
しては全く用いないようにする。Thereafter, as shown in FIG. 10C, the active regions (element regions) 203n and 203p of the TFT are formed in a later step.
The crystalline silicon film to be formed is left, and the other region is removed by etching to perform element isolation. At this time, the active region 2
03n and 203p are arranged in plan as shown in FIG. That is, the nickel selective introduction regions 200n and 20n
0p laterally-grown silicon film 203b
To form an island-shaped crystalline silicon film 203 which will later become an active region (source / drain region and channel region) of the TFT.
n and 203p are formed, and the nickel introduction portion 203a, the growth boundary portion 203e, and the growth front end portion 203f are completely removed without using them as active regions. The lateral crystal growth region 203c outside the introduction region is not used at all as the active region.
【0158】次に、図10(C)に示すように、レーザ
ー光207を照射することで結晶性ケイ素膜203n、
203pの結晶性を助長する。従来においては、上記ケ
イ素膜の素子間分離工程前にレーザー光の照射を行って
いたが、ニッケルが多量に局在している導入部203
a、成長境界部203e、203fからのニッケルの逆
拡散やオートドープの可能性を完全に除去し、本発明の
優れた効果をより発揮できるようにするためには、本実
施形態のように素子間分離後でエネルギービーム照射を
行うのが望ましい。Next, as shown in FIG. 10C, the crystalline silicon film 203n is
Promotes crystallinity of 203p. Conventionally, laser light irradiation was performed before the element separation step of the silicon film. However, the introduction portion 203 where a large amount of nickel is localized.
a. In order to completely remove the possibility of nickel back diffusion or autodoping from the growth boundaries 203e and 203f and to further exert the excellent effects of the present invention, the element as in this embodiment is required. It is desirable to perform energy beam irradiation after the separation.
【0159】このときのレーザー光207としては、X
eClエキシマレーザー(波長308nm、パルス幅4
0nsec)を用いた。レーザー光の照射条件は、照射
時に基板を200℃〜450℃、例えば400℃に加熱
し、エネルギー密度200mJ/cm2〜350mJ/
cm2、例えば250mJ/cm2で照射した。ビームサ
イズは基板201表面で150mm×1mmの長尺形状
となるように成型し、長尺方向に対して垂直方向に0.
1mmのステップ幅で順次走査を行った。これにより、
島状の結晶性ケイ素膜203n、203pの任意の一点
において、計10回のレーザー照射が行われたことにな
る。The laser light 207 at this time is X
eCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 4
0 nsec). The irradiation condition of the laser beam is such that the substrate is heated to 200 ° C. to 450 ° C., for example, 400 ° C. during the irradiation, and the energy density is 200 mJ / cm 2 to 350 mJ /
Irradiation was performed at a density of cm 2 , for example, 250 mJ / cm 2 . The beam size was formed to be 150 mm × 1 mm long on the surface of the substrate 201, and the beam size was 0.1 mm in the direction perpendicular to the long direction.
Scanning was performed sequentially with a step width of 1 mm. This allows
This means that laser irradiation was performed 10 times in total at any one point of the island-shaped crystalline silicon films 203n and 203p.
【0160】続いて、上記活性領域となる結晶性ケイ素
膜203n及び203pを覆うように厚さ100nmの
酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜208として成膜する。本
実施形態では、ゲート絶縁膜208の成膜は、TEOS
を原料とし、これを酸素と共に基板温度350℃で、R
FプラズマCVD法により分解・堆積して行った。成膜
後、ゲート絶縁膜208自身のバルク特性及び結晶性ケ
イ素膜とゲート絶縁膜との界面特性を向上するために不
活性ガス雰囲気下で400℃〜600℃で30分〜60
分のアニール処理を行った。Subsequently, a silicon oxide film having a thickness of 100 nm is formed as a gate insulating film 208 so as to cover the crystalline silicon films 203n and 203p serving as the active regions. In the present embodiment, the gate insulating film 208 is formed by TEOS
At a substrate temperature of 350 ° C. together with oxygen,
Decomposition and deposition were performed by the F plasma CVD method. After the film formation, in order to improve the bulk characteristics of the gate insulating film 208 itself and the interface characteristics between the crystalline silicon film and the gate insulating film, the film is heated at 400 ° C. to 600 ° C. for 30 minutes to 60 hours in an inert gas atmosphere.
Anneal treatment was performed.
【0161】その後、図10(D)に示すように、スパ
ッタリング法によって厚さ400nm〜800nm、例
えば500nmのアルミニウム(0.1〜2%のシリコ
ンを含む)を成膜し、アルミニウム膜をパターニングし
て、ゲート電極209n、209pを形成する。Thereafter, as shown in FIG. 10D, an aluminum film (containing 0.1 to 2% silicon) having a thickness of 400 nm to 800 nm, for example, 500 nm is formed by a sputtering method, and the aluminum film is patterned. Thus, gate electrodes 209n and 209p are formed.
【0162】次に、イオンドーピング法によって、活性
領域203n、203pにゲート電極209n、209
pをマスクとして不純物(リン及びホウ素)を注入す
る。ドーピングガスとしては、フォスフィン(PH3)
及びジボラン(B2H6)を用い、前者の場合は加速電圧
を60kV〜90kV、例えば80kV、後者の場合は
40kV〜80kV、例えば65kVとし、ドーズ量は
1×1015cm-2〜8×1015cm-2、例えばリンを2
×1015cm-2、ホウ素を5×1015cm-2とする。こ
の工程により、ゲート電極209n、209pにマスク
されて不純物が注入されない領域は後にTFTのチャネ
ル領域211n、211pとなる。このドーピングに際
しては、ドーピングが不要な領域をフォトレジストで覆
うことによって、それぞれの元素の選択的なドーピング
を行う。その結果、N型の不純物領域212nと213
n、P型の不純物領域212pと213pが形成され、
図10(D)に示すようにNチャネル型TFT(N型T
FT)とPチャネル型TFT(P型TFT)とを形成す
ることができる。Next, the gate electrodes 209n and 209n are formed in the active regions 203n and 203p by the ion doping method.
Impurities (phosphorus and boron) are implanted using p as a mask. Phosphine (PH 3 ) as doping gas
And diborane (B 2 H 6 ), and in the former case, the acceleration voltage is 60 kV to 90 kV, for example, 80 kV, and in the latter case, it is 40 kV to 80 kV, for example, 65 kV, and the dose is 1 × 10 15 cm −2 to 8 ×. 10 15 cm -2 , eg phosphorus 2
× 10 15 cm -2 and boron is 5 × 10 15 cm -2 . By this step, the regions which are masked by the gate electrodes 209n and 209p and are not implanted with impurities become channel regions 211n and 211p of the TFT later. At the time of this doping, selective doping of each element is performed by covering a region where doping is unnecessary with a photoresist. As a result, N-type impurity regions 212n and 213
n and P type impurity regions 212p and 213p are formed,
As shown in FIG. 10D, an N-channel TFT (N-type TFT
FT) and a P-channel TFT (P-type TFT) can be formed.
【0163】その後、図10(D)に示すように、レー
ザー光214の照射によってアニールを行い、イオン注
入した不純物の活性化を行う。レーザー光214として
は、XeClエキシマレーザー(波長308nm、パル
ス幅40nsec)を用い、レーザー光の照射条件とし
ては、エネルギー密度250mJ/cm2で一か所につ
き2ショット照射するものとした。Thereafter, as shown in FIG. 10D, annealing is performed by irradiation with laser light 214 to activate the ion-implanted impurities. As the laser light 214, a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 40 nsec) was used, and the laser light was irradiated at an energy density of 250 mJ / cm 2 at two shots per location.
【0164】続いて、図10(E)に示すように、厚さ
600nmの酸化ケイ素膜を層間絶縁膜215としてプ
ラズマCVD法によって形成し、これにコンタクトホー
ル215n、215pを形成して、金属材料、例えば、
窒化チタンとアルミニウムの二層膜によってTFTの電
極配線218、219、220を形成する。Subsequently, as shown in FIG. 10E, a silicon oxide film having a thickness of 600 nm is formed as an interlayer insulating film 215 by a plasma CVD method, and contact holes 215n and 215p are formed in the silicon oxide film. For example,
The electrode wirings 218, 219 and 220 of the TFT are formed by a two-layer film of titanium nitride and aluminum.
【0165】最後に、1気圧の水素雰囲気下で350
℃、30分のアニールを行って、Nチャネル型TFT2
22とPチャネル型TFT223とを完成させる。さら
に、必要に応じてTFT222、223を保護する目的
でTFT222、223上に窒化物ケイ素膜等からなる
保護膜を設けても良い。Finally, under a hydrogen atmosphere of 1 atm.
30 ° C. for 30 minutes to obtain an N-channel TFT 2
22 and the P-channel TFT 223 are completed. Further, a protective film made of a silicon nitride film or the like may be provided on the TFTs 222 and 223 for the purpose of protecting the TFTs 222 and 223 as necessary.
【0166】このようにして得られた本実施形態のCM
OS構造回路において、各々のTFTの電界効果移動度
はNチャネル型TFT222で150cm2/Vs〜1
80cm2/Vs、Pチャネル型TFT223で100
cm2/Vs〜120cm2/Vsと高く、閾値電圧はN
チャネル型TFT222で1.5V〜2V、Pチャネル
型TFT223で−2V〜−3Vと非常に良好な特性を
示した。しかも、バイアスや温度ストレスによる耐久性
試験を行っても殆ど特性劣化が見られず、従来のものと
比べて非常に信頼性を高くすることができた。さらに、
TFTオフ領域でのリーク電流もNチャネル型TFT2
22で5pA、Pチャネル型TFT223で3pA程度
と従来法に比べて低い値に抑えられていた。そして、横
方向の結晶成長不良等による特性の不均一性も改善さ
れ、製造歩留りを大きく向上させることができた。The CM of the present embodiment obtained as described above
In the OS structure circuit, the field-effect mobility of each TFT is 150 cm 2 / Vs to 1 for the N-channel TFT 222.
80 cm 2 / Vs, 100 for P-channel TFT 223
cm 2 / Vs~120cm 2 / Vs, which is high, and the threshold voltage N
The channel type TFT 222 exhibited very good characteristics of 1.5 V to 2 V, and the P channel type TFT 223 exhibited excellent characteristics of -2 V to -3 V. Moreover, even when a durability test was performed by a bias or a temperature stress, almost no characteristic deterioration was observed, and the reliability was significantly improved as compared with the conventional one. further,
Leakage current in TFT off region is also N channel type TFT2
22 and 5 pA for the P-channel type TFT 223, which were lower than the conventional method. In addition, the non-uniformity of characteristics due to poor crystal growth in the lateral direction and the like was also improved, and the production yield was greatly improved.
【0167】以上、本発明に基づく実施形態2例につい
て具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定
されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種
の変形が可能である。Although the second embodiment based on the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications based on the technical concept of the present invention are possible. is there.
【0168】例えば、上述の2例の実施形態において
は、ニッケルを導入する方法として非晶質ケイ素膜表面
にニッケル塩を溶かした水溶液を塗布する方法、又は蒸
着法によりニッケル薄膜を形成する方法により、選択的
にニッケル微量添加を行って結晶成長を行わせる方法を
採用した。しかし、非晶質ケイ素膜の成膜前に、下地膜
表面に選択的にニッケルを導入し、非晶質ケイ素膜の下
層からニッケルを拡散させて結晶成長を行わせる方法で
もよい。即ち、結晶成長は非晶質ケイ素膜の上面側から
行ってもよいし、下面側から行ってもよい。また、ニッ
ケルの導入方法としても、その他、様々な手法を用いる
ことができる。例えば、ニッケル塩を溶かすための溶媒
として、SOG(スピンオングラス)材料を溶媒として
SiO2膜より拡散させる方法でもよく、スパッタリン
グ法やメッキ法により薄膜形成する方法や、イオンドー
ピング法により直接導入する方法なども利用できる。さ
らに、結晶化を助長する不純物金属元素としては、ニッ
ケル以外にコバルト、パラジウム、白金、銅、銀、金、
インジウム、スズ、アルミニウム、アンチモンを用いて
も同様の効果が得られる。For example, in the above-described two embodiments, as a method for introducing nickel, a method in which an aqueous solution in which a nickel salt is dissolved is applied to the surface of an amorphous silicon film, or a method in which a nickel thin film is formed by a vapor deposition method. A method of selectively adding a trace amount of nickel to perform crystal growth was employed. However, before the amorphous silicon film is formed, nickel may be selectively introduced into the surface of the base film, and nickel may be diffused from a lower layer of the amorphous silicon film to perform crystal growth. That is, crystal growth may be performed from the upper surface side or the lower surface side of the amorphous silicon film. Various other methods can be used as a method for introducing nickel. For example, as a solvent for dissolving a nickel salt, a method of diffusing an SOG (spin-on-glass) material from a SiO 2 film as a solvent may be used, a method of forming a thin film by a sputtering method or a plating method, or a method of directly introducing by an ion doping method. Also available. Further, as impurity metal elements that promote crystallization, in addition to nickel, cobalt, palladium, platinum, copper, silver, gold,
The same effect can be obtained by using indium, tin, aluminum, and antimony.
【0169】また、上記実施形態2では、結晶性ケイ素
膜の結晶性を助長する手段として、パルスレーザーであ
るエキシマレーザー照射による加熱法を用いたが、それ
以外のレーザー(例えば連続発振Arレーザーなど)で
も同様の処理が可能である。さらに、レーザー光の代わ
りに赤外光、フラッシュランプ(レーザ光と同等な強
光)を使用して短時間に1000〜1200℃(シリコ
ンモニターの温度)まで上昇させて試料を加熱する、所
謂RTA(ラピッド・サーマル・アニール)又はRTP
(ラピッド・サーマル・プロセス)と称される加熱処理
を用いてもよい。さらに、本発明の応用としては、液晶
表示用のアクティブマトリクス型基板以外に、例えば、
密着型イメージセンサー、ドライバー内蔵型のサーマル
ヘッド、有機系EL(Electro lumines
cence)素子等を発光素子としたドライバー内蔵型
の光書き込み素子や表示素子、三次元IC等が考えら
れる。そして本発明を用いることで、これらの素子の高
速化、高解像度化等の高性能化が実現できる。In the second embodiment, as a means for promoting the crystallinity of the crystalline silicon film, a heating method using an excimer laser, which is a pulse laser, is used. However, other lasers (for example, a continuous oscillation Ar laser or the like) are used. ) Can also perform the same processing. Further, a so-called RTA in which the sample is heated to 1000 to 1200 ° C. (temperature of a silicon monitor) in a short time by using infrared light or a flash lamp (strong light equivalent to laser light) instead of laser light to heat the sample. (Rapid thermal annealing) or RTP
A heat treatment called (rapid thermal process) may be used. Further, as an application of the present invention, in addition to the active matrix type substrate for liquid crystal display, for example,
Contact image sensor, thermal head with built-in driver, organic EL (Electro lumines)
An optical writing element or display element with a built-in driver using a light emitting element or the like as a light emitting element, a three-dimensional IC, or the like can be considered. By using the present invention, high performance such as high speed and high resolution of these elements can be realized.
【0170】さらに本発明は、上述の実施形態で説明し
たMOS型トランジスタに限らず、結晶性半導体を素子
材としたバイポーラトランジスタや静電誘導トランジス
タをはじめとして半導体プロセス全般に幅広く応用する
ことができる。Further, the present invention can be widely applied not only to the MOS transistor described in the above embodiment but also to a whole semiconductor process including a bipolar transistor and an electrostatic induction transistor using a crystalline semiconductor as an element material. .
【0171】[0171]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明による場合
には、隣接する2本の線状領域間に形成された良好で安
定した結晶性を有する横方向結晶成長領域を利用して活
性領域を形成することにより、高性能な半導体装置を高
い良品率で得ることができる。As described above in detail, in the case of the present invention, the active region is formed by utilizing the lateral crystal growth region having good and stable crystallinity formed between two adjacent linear regions. By forming the region, a high-performance semiconductor device can be obtained at a high yield rate.
【0172】本発明の請求項2による場合には、上記線
状領域間の間隔WSを、単独の線状領域に触媒元素を導
入して導入領域からその周辺領域へ横方向にケイ素膜を
結晶成長させた場合よりも大きな結晶成長速度が得られ
る範囲に設定することにより、隣接する2本の触媒元素
導入領域に挟まれた部分において横方向結晶成長が安定
し、より高い結晶性を得ることができる。According to the second aspect of the present invention, the distance W S between the linear regions is adjusted by introducing a catalytic element into a single linear region and forming a silicon film in the lateral direction from the introduction region to the peripheral region. By setting the crystal growth rate in a range where a higher crystal growth rate can be obtained than in the case of crystal growth, lateral crystal growth is stabilized in a portion sandwiched between two adjacent catalytic element introduction regions, and higher crystallinity is obtained. be able to.
【0173】特に、請求項3のように、線状領域間の間
隔WSを300μm以下に設定するのが望ましい。[0173] In particular, as claimed in claim 3, it is desirable to set the interval W S between the linear region 300μm or less.
【0174】本発明の請求項4による場合には、線状領
域の線幅WLと線状領域間の間隔WSとにより活性領域中
の触媒元素濃度を制御することができるので、結晶成長
の安定化及び素子特性の最適化を容易に行うことができ
る。[0174] When according to claim 4 of the present invention, it is possible by the distance W S between the line width W L and the linear region of the linear region to control the catalytic element concentration in the active region, the crystal growth Stabilization and optimization of device characteristics can be easily performed.
【0175】また、本発明の請求項5による場合には、
線状領域の線幅WLと線状領域間の間隔WSとにより活性
領域の結晶性を制御することができるので、結晶成長の
安定性及び結晶性をさらに向上させることができる。In the case of claim 5 of the present invention,
It is possible to control the crystallinity of the active region by a distance W S between the linear region the line width W L and the linear region, it is possible to further improve the stability and crystallinity of the crystal growth.
【0176】特に、請求項6のように、線状領域の線幅
WLと線状領域間の間隔WSとの比WS/WLを2.5以上
40以下にするのが望ましい。[0176] In particular, as in claim 6, it is desirable the ratio W S / W L between the distance W S between the line width W L and the linear region of the linear region to 2.5 or more and 40 or less.
【0177】本発明の請求項7による場合には、線状領
域の長辺方向の長さを、線状領域からその周辺領域へケ
イ素膜が結晶成長する際に、ケイ素膜の成長先端部がそ
の線状領域の長辺方向と概ね平行となる部分が存在する
範囲に設定し、その部分内の横方向結晶成長領域を利用
して活性領域を形成することにより、微量の触媒元素に
より充分な結晶成長を行って高性能な半導体装置と得る
と共に半導体装置の信頼性を高くすることができる。According to the seventh aspect of the present invention, the length of the linear region in the long side direction is set such that when the silicon film grows from the linear region to the peripheral region, the growth tip of the silicon film is formed. By setting an area that is substantially parallel to the long side direction of the linear area and using the lateral crystal growth area in the area to form an active area, a sufficient amount of a small amount of catalytic element can be obtained. By performing crystal growth, a high-performance semiconductor device can be obtained, and the reliability of the semiconductor device can be increased.
【0178】特に、請求項8のように、触媒元素が導入
される線状領域の長辺方向の長さを、150μm以上に
設定するのが望ましい。In particular, it is desirable to set the length of the linear region into which the catalytic element is introduced in the long side direction to be 150 μm or more.
【0179】本発明の請求項9による場合には、活性領
域中の触媒元素濃度を1×1017atoms/cm3以
下に制御することにより、信頼性が高く、製品として耐
久性のある半導体装置が得られる。According to the ninth aspect of the present invention, by controlling the concentration of the catalyst element in the active region to 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less, a semiconductor device having high reliability and durability as a product is provided. Is obtained.
【0180】本発明の半導体装置の製造方法による場合
には、基板上に非晶質ケイ素膜を形成する工程の前又は
後で、非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を所
定の間隔を開けて概ね平行に並んだ複数の線状領域に選
択的に導入して、加熱処理により線状領域からその周辺
領域へと非晶質ケイ素膜を横方向に結晶成長させる。そ
して、隣接する2本の線状領域間に挟まれた横方向結晶
成長ケイ素膜部分を用いて半導体素子となる活性領域を
形成する。これにより、非常に高性能な半導体装置を高
い良品率で製造することが可能となる。In the case of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, before or after the step of forming an amorphous silicon film on a substrate, a catalyst element for promoting crystallization of the amorphous silicon film is added with a predetermined amount. The amorphous silicon film is selectively introduced into a plurality of linear regions arranged substantially in parallel at intervals, and the amorphous silicon film is laterally crystal-grown from the linear regions to the peripheral regions by heat treatment. Then, an active region to be a semiconductor element is formed using the lateral crystal growth silicon film portion sandwiched between two adjacent linear regions. This makes it possible to manufacture a very high-performance semiconductor device at a high yield rate.
【0181】本発明の請求項11による場合には、線状
領域の線幅WLと線状領域間の間隔WSとを予め設定する
ことにより、活性領域となる横方向結晶成長領域の触媒
元素濃度を所望の値に制御することができるので、高性
能で信頼性が高い半導体装置を制御性良く製造すること
ができる。[0181] If according to claim 11 of the present invention, by setting the interval W S between the line width W L and the linear region of the linear region in advance, the catalyst of the lateral crystal growth region to be the active region Since the element concentration can be controlled to a desired value, a high-performance and highly reliable semiconductor device can be manufactured with good controllability.
【0182】また、本発明の請求項12による場合に
は、線状領域の線幅WLと線状領域間の間隔WSとを予め
設定することにより、活性領域となる横方向結晶成長領
域の結晶性を所望の値に制御することができるので、高
性能で信頼性が高い半導体装置を制御性良く製造するこ
とができる。[0182] Also, in the case of claim 12 of the present invention, by setting the interval W S between the line width W L and the linear region of the linear region in advance, lateral crystal growth region to be the active region Can be controlled to a desired value, so that a high-performance and highly reliable semiconductor device can be manufactured with good controllability.
【0183】本発明の請求項13による場合には、非晶
質ケイ素膜の上に所定の間隔を開けて概ね平行に並んだ
複数の線状開口部を有するマスク膜を設けて、そのマス
ク膜の上から触媒元素を導入することにより、線状領域
の線幅と線状領域間の間隔とを制御することができる。
その後、マスク膜を除去してから横方向結晶成長工程を
行うことにより、マスク膜上の触媒元素が非晶質ケイ素
膜の横方向結晶成長に悪影響を及ぼさないようにするこ
とができるので、高性能で信頼性が高い半導体装置をさ
らに歩留り良く製造することができる。According to the thirteenth aspect of the present invention, a mask film having a plurality of linear openings arranged substantially in parallel at predetermined intervals is provided on the amorphous silicon film. By introducing the catalytic element from above, the line width of the linear region and the interval between the linear regions can be controlled.
Thereafter, by performing the lateral crystal growth step after removing the mask film, the catalytic element on the mask film can be prevented from adversely affecting the lateral crystal growth of the amorphous silicon film. A semiconductor device having high performance and high reliability can be manufactured with higher yield.
【0184】本発明の請求項14による場合には、半導
体装置の活性領域が形成される横方向結晶成長領域のケ
イ素膜に対してレーザー光等のエネルギービームを照射
してケイ素膜の結晶性をさらに助長することにより、さ
らに優れた特性の半導体装置を製造することができる。According to the fourteenth aspect of the present invention, the silicon film in the lateral crystal growth region where the active region of the semiconductor device is formed is irradiated with an energy beam such as a laser beam to reduce the crystallinity of the silicon film. By further promoting, a semiconductor device having more excellent characteristics can be manufactured.
【0185】本発明の請求項15による場合には、触媒
元素が高濃度に局在している領域を除去して半導体素子
となる活性領域を形成した後で、エネルギービームを照
射してケイ素膜の結晶性をさらに助長する工程を行うこ
とにより、基板上に存在する触媒元素が高濃度に局在し
ている領域から活性領域となる横方向結晶成長領域への
触媒元素の再拡散やオートドープ等が発生するのを防い
で半導体装置の歩留りをさらに向上させることができ
る。According to the fifteenth aspect of the present invention, an active region serving as a semiconductor element is formed by removing a region where a catalytic element is localized at a high concentration, and then the silicon film is irradiated with an energy beam. By performing a process that further promotes the crystallinity of the catalyst element, re-diffusion and auto-doping of the catalyst element from the region where the catalyst element present on the substrate is localized at a high concentration to the lateral crystal growth region that becomes the active region And the like can be prevented from occurring, and the yield of the semiconductor device can be further improved.
【0186】このように本発明を用いることにより、リ
ーク電流の少ない安定した特性の高性能半導体素子が実
現でき、さらに、集積度の高い高性能半導体装置が簡便
な製造プロセスにて得ることができる。また、その製造
工程において良品率を大きく向上でき、商品の低コスト
化を図ることができる。As described above, by using the present invention, a high-performance semiconductor element having stable characteristics with little leakage current can be realized, and a high-performance semiconductor device with a high degree of integration can be obtained by a simple manufacturing process. . In addition, the non-defective rate can be greatly improved in the manufacturing process, and the cost of the product can be reduced.
【0187】特に、液晶表示装置においては、アクティ
ブマトリクス基板に要求される画素スイッチングTFT
のスイッチング特性の向上、周辺駆動回路部を構成する
TFTに要求される高性能化・高集積化を同時に満足
し、同一基板上にアクティブマトリクス部と周辺駆動回
路部を構成するドライバモノリシック型アクティブマト
リクス基板を実現でき、モジュールのコンパクト化、高
性能化、低コスト化が図れるので非常に有効である。In particular, in a liquid crystal display device, a pixel switching TFT required for an active matrix substrate
Monolithic type active matrix driver that forms the active matrix section and the peripheral drive circuit section on the same substrate, while simultaneously satisfying the improvement of the switching characteristics of the TFT and the high performance and high integration required for the TFTs constituting the peripheral drive circuit section. This is very effective because a substrate can be realized and the module can be made compact, high-performance, and low in cost.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図1】本発明の概要を説明するための平面図である。FIG. 1 is a plan view for explaining an outline of the present invention.
【図2】触媒元素が導入される線状領域間の間隔と横方
向結晶成長距離との関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing a relationship between an interval between linear regions into which a catalytic element is introduced and a crystal growth distance in a lateral direction.
【図3】線状領域間の間隔及び線状領域の線幅の比(W
S/WL)と活性領域中の触媒元素濃度との関係を示すグ
ラフである。FIG. 3 shows an interval between linear regions and a ratio of a line width of the linear regions (W
5 is a graph showing the relationship between ( S / W L ) and the concentration of a catalytic element in an active region.
【図4】線状領域間の間隔及び線状領域の線幅の比(W
S/WL)とラマンピーク半値全幅との関係を示すグラフ
である。FIG. 4 shows an interval between linear regions and a ratio of line width of linear regions (W
5 is a graph showing the relationship between ( S / W L ) and Raman peak full width at half maximum.
【図5】本発明の概要を説明するための平面図である。FIG. 5 is a plan view for explaining the outline of the present invention.
【図6】触媒元素の存在状態を確認した結果を示す図で
ある。FIG. 6 is a diagram showing a result of confirming a state of existence of a catalyst element.
【図7】実施形態1の半導体装置及びその製造方法を説
明するための平面図である。FIG. 7 is a plan view for explaining the semiconductor device of Embodiment 1 and a method for manufacturing the same.
【図8】実施形態1の半導体装置の製造方法を工程順に
示す断面図である。FIG. 8 is a sectional view illustrating the method of manufacturing the semiconductor device of the first embodiment in the order of steps.
【図9】実施形態2の半導体装置の製造方法を説明する
ための平面図である。FIG. 9 is a plan view for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment.
【図10】実施形態2の半導体装置の製造方法を工程順
に示す断面図である。FIG. 10 is a sectional view illustrating the method of manufacturing the semiconductor device of the second embodiment in the order of steps;
100、200n、200p 線状領域 101、201 ガラス基板 102、202 下地膜 103、203 非晶質ケイ素膜 103a、203a 結晶性ケイ素膜(触媒元素の導入
領域) 103b、203b 内側の横方向結晶成長領域 103c、203c 外側の横方向結晶成長領域 103d、203d 非晶質ケイ素膜領域 103e、103f、203e、203f 成長境界部 103i、203n、203p 活性領域 104、204 マスク膜 105、205 触媒元素 106、206 結晶成長方向 108、208 ゲート絶縁膜 109、209n、209p ゲート電極 110 陽極酸化層 111、211n、211p チャネル領域 112、113、212n、213n、212p、21
3p ソース・ドレイン領域 114、207、214 レーザー光 115、215 層間絶縁膜 115a、215n、215p コンタクトホール 116、117、218、219、220 電極・配線 121 画素TFT 222 Nチャネル型TFT 223 Pチャネル型TFT100, 200n, 200p Linear region 101, 201 Glass substrate 102, 202 Base film 103, 203 Amorphous silicon film 103a, 203a Crystalline silicon film (catalyst element introduction region) 103b, 203b Lateral crystal growth region inside 103c, 203c Outside lateral crystal growth region 103d, 203d Amorphous silicon film region 103e, 103f, 203e, 203f Growth boundary portion 103i, 203n, 203p Active region 104, 204 Mask film 105, 205 Catalyst element 106, 206 Crystal Growth direction 108, 208 Gate insulating film 109, 209n, 209p Gate electrode 110 Anodized layer 111, 211n, 211p Channel region 112, 113, 212n, 213n, 212p, 21
3p source / drain region 114, 207, 214 laser light 115, 215 interlayer insulating film 115a, 215n, 215p contact hole 116, 117, 218, 219, 220 electrode / wiring 121 pixel TFT 222 N-channel TFT 223 P-channel TFT
フロントページの続き (72)発明者 坂本 弘美 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内Continued on the front page (72) Inventor Hiromi Sakamoto 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Sharp Corporation
Claims (15)
するケイ素膜からなる活性領域が設けられた半導体装置
であって、 該活性領域は、非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒
元素を、所定の間隔WSを設けて概ね平行に並んだ複数
の線状領域に選択的に導入し、加熱処理により導入領域
からその周辺領域へ基板表面に対して概ね平行な方向に
結晶成長させたものであって、かつ、隣接する2本の線
状領域間に形成されたものである半導体装置。1. A semiconductor device having an active region comprising a crystalline silicon film provided on a substrate having an insulating surface, wherein the active region promotes crystallization of an amorphous silicon film. the element is selectively introduced into a plurality of linear regions arranged generally parallel with a predetermined interval W S, the crystal growth direction generally parallel to the substrate surface by heat treatment from the introduction region to the peripheral region thereof And a semiconductor device formed between two adjacent linear regions.
状領域に前記触媒元素を導入して導入領域からその周辺
領域へ基板表面に対して概ね平行な方向にケイ素膜を結
晶成長させた場合よりも大きな結晶成長速度が得られる
範囲に設定されている請求項1に記載の半導体装置。2. An interval W S between the linear regions is such that the catalyst element is introduced into a single linear region, and the silicon film is crystallized from the introduction region to the peripheral region in a direction substantially parallel to the substrate surface. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is set in a range in which a higher crystal growth rate can be obtained than when the crystal is grown.
以下に設定されている請求項2に記載の半導体装置。3. A distance W S between the linear region is 300μm
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein:
の間隔WSとにより前記活性領域中の触媒元素濃度が制
御されている請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の
半導体装置。Wherein any of the line width W L and the linear region spacing W S and by the active region in the catalyst element concentration claims 1 to be controlled 3 of the linear region 13. The semiconductor device according to claim 1.
の間隔WSとにより前記活性領域を構成するケイ素膜の
結晶性が制御されている請求項1乃至請求項4のいずれ
かに記載の半導体装置。5. The intervals W claims by the S-crystalline silicon film constituting the active region is controlled 1 to claim 4 between the line width W L and the linear region of the linear region The semiconductor device according to any one of the above.
の間隔WSとの比WS/WLが2.5以上40以下である
請求項4又は請求項5に記載の半導体装置。6. The claim 4 or claim 5 ratio W S / W L is 2.5 or more and 40 or less between the distance W S between the line width W L and the linear region of the linear region Semiconductor device.
状領域からその周辺領域へケイ素膜が結晶成長する際
に、該ケイ素膜の成長先端部が該線状領域の長辺方向と
概ね平行となる部分が存在する範囲に設定されており、
前記活性領域が、該ケイ素膜の成長先端部と該線状領域
の長辺方向とが概ね平行となる部分内に形成されている
請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の半導体装置。7. The length of the linear region in the long side direction is such that when the silicon film grows from the linear region to the peripheral region, the growth tip of the silicon film is longer than the linear region. It is set in a range where there is a part that is substantially parallel to the side direction,
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the active region is formed in a portion where a growth tip portion of the silicon film and a long side direction of the linear region are substantially parallel. 8.
μm以上に設定されている請求項7に記載の半導体装
置。8. The length of the linear region in the long side direction is 150.
The semiconductor device according to claim 7, wherein the thickness is set to μm or more.
017atoms/cm3以下に制御されている請求項4
に記載の半導体装置。9. A catalyst element concentration in the active region is 1 × 1.
5. The pressure is controlled to 0 17 atoms / cm 3 or less.
3. The semiconductor device according to claim 1.
程と、 該非晶質ケイ素膜の形成前またはその形成後に、該非晶
質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を、所定の間隔
WSを開けて概ね平行に並んだ複数の線状領域に選択的
に導入する工程と、 加熱処理により該触媒元素が導入された線状領域の非晶
質ケイ素膜を選択的に結晶化させる工程と、 加熱処理をさらに継続して、該非晶質ケイ素膜が選択的
に結晶化された領域からその周辺領域へと基板表面に対
して概ね平行な方向に結晶成長させる工程と、 該基板表面に対して概ね平行な方向に結晶成長させた結
晶性ケイ素膜であって、かつ、隣接する2本の線状領域
間に挟まれた部分を用いて半導体素子となる活性領域を
形成する工程とを含む半導体装置の製造方法。10. A step of forming an amorphous silicon film on a substrate, and before or after the formation of the amorphous silicon film, a catalyst element for promoting crystallization of the amorphous silicon film is provided at a predetermined interval. Opening WS and selectively introducing it into a plurality of linear regions arranged substantially in parallel; and heat-treating to selectively crystallize the amorphous silicon film in the linear regions into which the catalytic element has been introduced. A step of continuing the heat treatment to grow crystals in a direction substantially parallel to the substrate surface from a region where the amorphous silicon film is selectively crystallized to a peripheral region thereof; Forming an active region serving as a semiconductor element by using a portion of a crystalline silicon film that is grown in a direction substantially parallel to the substrate and that is sandwiched between two adjacent linear regions; A method for manufacturing a semiconductor device including:
に導入する工程において、前記線状領域の線幅WLと該
線状領域間の間隔WSとを予め設定しておくことによ
り、前記活性領域中の触媒元素濃度を制御する請求項1
0に記載の半導体装置の製造方法。11. A process for selectively introducing the catalyst element in the linear region, by previously setting the intervals W S between the line width W L and the linear region of the linear region Controlling the concentration of a catalytic element in the active region.
0. A method for manufacturing a semiconductor device according to item 0.
に導入する工程において、前記線状領域の線幅WLと該
線状領域間の間隔WSとを予め設定しておくことによ
り、前記活性領域を構成するケイ素膜の結晶性を制御す
る請求項10又は請求項11に記載の半導体装置の製造
方法。12. A process for selectively introducing the catalyst element in the linear region, by previously setting the intervals W S between the line width W L and the linear region of the linear region The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein crystallinity of a silicon film constituting the active region is controlled.
る工程の後、 該非晶質ケイ素膜上に所定の間隔WSを開けて概ね平行
に並んだ複数の線状開口部を有するマスク膜を設け、該
マスク膜の上から前記触媒元素を導入することにより該
非晶質ケイ素膜に触媒元素を選択的に導入する工程を行
い、 該マスク膜を除去した後で該触媒元素が導入された線状
領域からその周辺領域へと基板表面に対して概ね平行な
方向に結晶成長させる工程を行う請求項10乃至請求項
12のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。13. A mask having the after the step of forming an amorphous silicon film on a substrate, a plurality of linear openings aligned generally parallel with a predetermined distance W S on amorphous silicon film A step of selectively introducing a catalytic element to the amorphous silicon film by introducing the catalytic element from above the mask film, and removing the mask film to thereby introduce the catalytic element. 13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein a step of growing crystals in a direction substantially parallel to a substrate surface from the linear region to the peripheral region is performed.
らその周辺領域へと基板表面に対して概ね平行な方向に
結晶成長させる工程を行った後で、 結晶化されたケイ素膜にエネルギービームを照射して該
ケイ素膜の結晶性をさらに助長する工程を含む請求項1
0乃至請求項13のいずれかに記載の半導体装置の製造
方法。14. An energy beam is applied to the crystallized silicon film after performing a step of growing crystals in a direction substantially parallel to the substrate surface from the linear region into which the catalytic element has been introduced to the peripheral region. Irradiating the silicon film to further promote the crystallinity of the silicon film.
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
に結晶成長させた結晶性ケイ素膜であって、かつ、隣接
する2本の線状領域間に挟まれた部分を用いて半導体素
子となる活性領域を形成する工程を行った後で、 前記エネルギービームを照射して該ケイ素膜の結晶性を
さらに助長する工程を行う請求項14に記載の半導体装
置の製造方法。15. A semiconductor element using a crystalline silicon film grown in a direction substantially parallel to the surface of the substrate and sandwiched between two adjacent linear regions. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14, wherein after performing the step of forming the active region, a step of irradiating the energy beam to further promote the crystallinity of the silicon film is performed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6368298A JPH11260723A (en) | 1998-03-13 | 1998-03-13 | Semiconductor device and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6368298A JPH11260723A (en) | 1998-03-13 | 1998-03-13 | Semiconductor device and its manufacture |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11260723A true JPH11260723A (en) | 1999-09-24 |
Family
ID=13236394
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6368298A Pending JPH11260723A (en) | 1998-03-13 | 1998-03-13 | Semiconductor device and its manufacture |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11260723A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007165904A (en) * | 2005-12-13 | 2007-06-28 | Samsung Sdi Co Ltd | Polycrystalline silicon layer, manufacturing method thereof, and flat plate display using same |
-
1998
- 1998-03-13 JP JP6368298A patent/JPH11260723A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007165904A (en) * | 2005-12-13 | 2007-06-28 | Samsung Sdi Co Ltd | Polycrystalline silicon layer, manufacturing method thereof, and flat plate display using same |
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---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20040624 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |